JPH11293469A - Surface treating device and surface treating method - Google Patents
Surface treating device and surface treating methodInfo
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- JPH11293469A JPH11293469A JP10142498A JP10142498A JPH11293469A JP H11293469 A JPH11293469 A JP H11293469A JP 10142498 A JP10142498 A JP 10142498A JP 10142498 A JP10142498 A JP 10142498A JP H11293469 A JPH11293469 A JP H11293469A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は基板への薄膜の形
成、エッチング処理などの各種表面処理を行うための表
面処理装置および表面処理方法に関し、特に平行平板型
プラズマＣＶＤ方式の利点を生かしつつも、その欠点を
補うことができる装置および方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus and a surface treatment method for performing various surface treatments such as formation of a thin film on a substrate, etching treatment, and the like, and more particularly, while utilizing the advantages of a parallel plate type plasma CVD system. , A device and a method capable of compensating for the disadvantages.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図９は、従来の平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置を示している。FIG. 9 shows a conventional parallel plate type plasma C. As shown in FIG.
5 shows a VD device.
【０００３】この装置では、成膜室６内に、両放電電極
１、２が対向して設けられている。そして、この対向し
て設けられた両放電電極１、２に高周波数（Ｒ．Ｆ．）
の電源３（１３．５６ＭＨzの電源）による電圧が印加
されることにより、これら両放電電極１、２間で放電が
行われる。これにより、原料ガスがプラズマ化され、こ
のプラズマ化されたガス４´が一方の電極２（陰極）を
兼ねている搬送トレイ１２上に載置された基板５に導か
れ、成膜がなされる。なお、ヒータ７は、基板５の温度
を、気相成長に適した温度に調整するために設けられて
いる。In this apparatus, both discharge electrodes 1 and 2 are provided in a film forming chamber 6 so as to face each other. The high frequency (RF) is applied to both of the discharge electrodes 1 and 2 provided opposite to each other.
Is applied between the two discharge electrodes 1 and 2 by applying a voltage from the power supply 3 (13.56 MHz power supply). As a result, the raw material gas is converted into plasma, and the plasma-converted gas 4 ′ is guided to the substrate 5 placed on the transfer tray 12 also serving as one electrode 2 (cathode), and a film is formed. . The heater 7 is provided for adjusting the temperature of the substrate 5 to a temperature suitable for vapor phase growth.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】こうした平行平板型の
プラズマＣＶＤ装置にあっては、平板状の電極１、２の
面積を大きくとれば、これに伴って基板５の面積を大き
くできることから、大面積の成膜を一度に行うことがで
きるという利点を有している。しかし、以下に述べるよ
うに成膜を高速で、かつ高品質に行うことができなかっ
た。In such a parallel plate type plasma CVD apparatus, if the area of the plate-like electrodes 1 and 2 is increased, the area of the substrate 5 can be increased accordingly. This has the advantage that the film can be formed in one area at a time. However, as described below, film formation could not be performed at high speed and with high quality.
【０００５】すなわち、従来の平行平板型のプラズマＣ
ＶＤ装置にあっては、図９に示すように、基板５は、両
放電電極１、２間に配置されており、基板５は、プラズ
マ化されたガス４´に晒されているだけである。このた
め、成膜室６内のすべてのガス４´が成膜に寄与するわ
けではなく、成膜に寄与するガスと成膜に寄与しないガ
スとが存在する。That is, the conventional parallel plate type plasma C
In the VD apparatus, as shown in FIG. 9, the substrate 5 is disposed between the two discharge electrodes 1 and 2, and the substrate 5 is only exposed to the gas 4 'which has been turned into plasma. . For this reason, not all the gases 4 ′ in the film formation chamber 6 contribute to the film formation, and there are gases that contribute to the film formation and gases that do not contribute to the film formation.
【０００６】このため、成膜の効率がよくなく、成膜速
度は、投入電力の割には、低いものであった。For this reason, the efficiency of film formation was not good, and the film formation speed was low for the supplied power.
【０００７】例えば、従来の装置を用いてアモルファス
シリコン薄膜や微結晶シリコン薄膜を基板５上に成膜し
ようとする場合、成膜速度は０．０１μｍ/分程度であ
り、太陽電池などの比較的膜厚の厚い半導体デバイスを
製作するには、長時間を要し、低スループット、高コス
トの主要因となっていた。For example, when an amorphous silicon thin film or a microcrystalline silicon thin film is to be formed on the substrate 5 by using a conventional apparatus, the film forming speed is about 0.01 μm / min, which is relatively small for a solar cell or the like. It takes a long time to manufacture a semiconductor device having a large film thickness, which is a main factor of low throughput and high cost.
【０００８】ここで、成膜速度を上げるために、高周波
電源３による投入電力を増加させることが考えられる。Here, in order to increase the film forming speed, it is conceivable to increase the power supplied by the high frequency power supply 3.
【０００９】しかし、基板５は、両放電電極１、２間に
配置されているために、両放電電極１、２間を流れる電
流の大きさに応じたイオンが、基板５に直接、衝突して
しまい、イオンダメージによる膜質の劣化が招来する。However, since the substrate 5 is disposed between the discharge electrodes 1 and 2, ions corresponding to the magnitude of the current flowing between the discharge electrodes 1 and 2 directly collide with the substrate 5. As a result, the film quality is degraded due to ion damage.
【００１０】よって、成膜速度を上げるために、高周波
電源３による投入電力を増加すれば、電流が増加するた
めに、さらに基板５に衝突するイオンの数が増加してし
まうことになり、イオンダメージによる膜質の劣化は、
飛躍的に増大してしまう。Therefore, if the power supplied by the high-frequency power supply 3 is increased to increase the film forming speed, the current increases, so that the number of ions colliding with the substrate 5 further increases. Deterioration of film quality due to damage
It will increase dramatically.
【００１１】また、高周波電源３による高周波電力の増
大に伴い、気相中で微粉末が多量に発生することにな
り、微粉末による膜質の劣化が飛躍的に増大する。Further, as the high-frequency power from the high-frequency power supply 3 increases, a large amount of fine powder is generated in the gas phase, and the deterioration of the film quality due to the fine powder increases dramatically.
【００１２】したがって、従来の平行平板型のプラズマ
ＣＶＤ装置にあっては、こうしたイオンダメージや微粉
末による膜質の劣化を避けるために、投入電力（投入パ
ワー）を抑え、電流を少なくせざるを得ないことになっ
ており、投入電力、電流の上限値が実質的に存在し、成
膜速度を一定レベル以上に高めることができなかった。Therefore, in the conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, in order to avoid such ion damage and deterioration of the film quality due to fine powder, the applied power (input power) must be suppressed and the current must be reduced. Therefore, the upper limits of the input power and the current were substantially present, and the film formation rate could not be increased to a certain level or more.
【００１３】本発明は、こうした実状に鑑みてなされた
ものであり、電流を上昇させてもイオンダメージや微粉
末による膜質劣化等の品質の劣化を招かないようにする
とともに、成膜の効率を高めることにより成膜速度を高
めることを第１の解決課題とするものである。The present invention has been made in view of the above-described circumstances, so that even if the current is increased, quality deterioration such as ion damage and film quality deterioration due to fine powder is not caused, and the efficiency of film formation is improved. An object of the present invention is to increase the film forming rate by increasing the number.
【００１４】また、成膜の品質と、プラズマの状態は密
接に関連している。The quality of film formation and the state of plasma are closely related.
【００１５】本発明は、プラズマの状態を調整可能とす
ることにより、所望の成膜品質等、所望の表面処理の品
質を取得できるようにすることを第２の解決課題とする
ものである。A second object of the present invention is to make it possible to obtain a desired quality of a surface treatment such as a desired film forming quality by adjusting a state of a plasma.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段および（作用）効果】そこ
で、本発明の第１発明では、上記第１の解決課題を達成
するために、対向して設けられた両放電電極間で放電を
行うことにより、ガスをプラズマ化し、このプラズマ化
したガスを基板に導くことにより、当該基板を前記ガス
により表面処理する表面処理装置において、前記両放電
電極間で放電を行う放電室と、前記ガスが導かれること
により前記基板を表面処理する表面処理室とを分離する
とともに、前記放電室と前記表面処理室とを、前記両放
電電極のうちで前記表面処理室に近い方の放電電極に形
成した連通路によって連通させて、前記放電室で生成さ
れたプラズマ化されたガスを、前記連通路を介して前記
表面処理室に導くようにしたことを特徴としている。Therefore, in the first invention of the present invention, in order to achieve the first object of the present invention, a discharge is performed between two opposed discharge electrodes. In the surface treatment apparatus for surface-treating the substrate with the gas by converting the gas into plasma and guiding the plasma-converted gas to the substrate, a discharge chamber that performs discharge between the two discharge electrodes, While being separated, the surface treatment chamber for treating the substrate was separated from the surface treatment chamber, and the discharge chamber and the surface treatment chamber were formed on the discharge electrode closer to the surface treatment chamber among the two discharge electrodes. The present invention is characterized in that the gas is converted into a plasma generated in the discharge chamber through the communication path and is guided to the surface treatment chamber through the communication path.
【００１７】この第１発明を図１に示す実施形態に即し
て説明する。The first invention will be described with reference to the embodiment shown in FIG.
【００１８】放電室８の両電極１、２間で放電が行われ
ると、原料ガスがプラズマ化され、このプラズマ化され
たガス４´が生成される。なお、ガス４の中には、実際
には、原料ガスのみならず、プラズマを発生しやすくす
るため、安定化のため、原料ガスを基板５まで搬送する
ためのキャリアガスが含まれていることもある。When a discharge occurs between the electrodes 1 and 2 of the discharge chamber 8, the source gas is turned into plasma, and this turned into plasma 4 'is generated. Note that the gas 4 actually contains not only the source gas but also a carrier gas for transporting the source gas to the substrate 5 for stabilization in order to easily generate plasma. There is also.
【００１９】放電室８と表面処理室９は、両放電電極
１、２のうちで表面処理室９に近い方の放電電極２に形
成した連通路であるノズル１０によって連通されてお
り、放電室８で生成されたプラズマ化されたガスが、ノ
ズル１０を介してプラマジェット４″として基板５上に
噴射され、この基板５が成膜される。The discharge chamber 8 and the surface treatment chamber 9 are connected to each other by a nozzle 10 which is a communication passage formed in the discharge electrode 2 closer to the surface treatment chamber 9 among the two discharge electrodes 1 and 2. The plasma-generated gas generated in 8 is jetted onto the substrate 5 as a plasma jet 4 ″ through the nozzle 10, and the substrate 5 is formed into a film.
【００２０】以上のように、本第１発明によれば、従来
の平行平板型（容量結合型）のプラズマＣＶＤ装置と同
様に（図９）、平板状の両放電電極１、２間で放電を行
いプラズマ化ガス４´を発生するようにしているので、
電極２の面積を大きくすればするほど、より大きな面積
の基板５を一度に成膜することができる。すなわち、図
７に示すように、電極２の面積を大きくし、それに応じ
てノズル１０の数を増やすことによって、下方に配置さ
れた大面積の基板５´を、一度に成膜することが可能に
なる。このように、従来の平行平板型（容量結合型）の
プラズマＣＶＤ装置の利点を生かして、大面積の基板を
一度に成膜することが可能となり、作業効率を向上させ
ることができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, like the conventional parallel plate type (capacitively coupled type) plasma CVD apparatus (FIG. 9), the discharge between the flat plate-shaped discharge electrodes 1 and 2 is performed. Is performed to generate the plasma gas 4 ′.
As the area of the electrode 2 is increased, the substrate 5 having a larger area can be formed at a time. That is, as shown in FIG. 7, by increasing the area of the electrode 2 and increasing the number of nozzles 10 accordingly, it is possible to deposit a large-area substrate 5 ′ disposed below at a time. become. As described above, by taking advantage of the conventional parallel plate type (capacitively coupled type) plasma CVD apparatus, a large-area substrate can be formed at a time, and the working efficiency can be improved.
【００２１】しかも、本第１発明では、放電室８で生成
されたプラズマ化ガス４´を、両放電電極１、２のうち
で表面処理室９に近い方の放電電極２に形成した連通路
であるノズル１０を介して表面処理室９に導き、基板５
の表面に照射するようにしており、従来のように（図
９）、基板５が両電極１、２間に配置されていないの
で、基板５に到達するプラズマは放電電流の影響を受け
ずに完全に中性である。このため、基板５には成膜過程
でイオンや電子が衝突することがなく、イオンダメージ
による品質劣化を極めて少なくでき、成膜を高品質に行
うことができる。また、微粉末による膜質の劣化がな
く、成膜を高品質に行うことができる。Moreover, in the first aspect of the present invention, the communication gas passage 4 'formed in the discharge chamber 8 is formed in the discharge electrode 2 which is closer to the surface treatment chamber 9 among the two discharge electrodes 1, 2. To the surface treatment chamber 9 through the nozzle 10
And the plasma reaching the substrate 5 is not affected by the discharge current because the substrate 5 is not disposed between the electrodes 1 and 2 as in the conventional case (FIG. 9). Totally neutral. Therefore, ions and electrons do not collide with the substrate 5 during the film formation process, quality deterioration due to ion damage can be extremely reduced, and film formation can be performed with high quality. Further, the film quality can be formed without deterioration of the film quality due to the fine powder.
【００２２】また、本第１発明では、放電室８で発生し
たプラズマ化ガス４´が、連通路であるノズル１０を介
して指向性のよい、高速のプラズマ流４″として基板５
に到達される。このため、成膜を高速に行うことができ
る。すなわち、従来のように（図９）、成膜室６の中で
成膜に寄与するガスと成膜に寄与しないガスが存在する
ということはなく、放電室８で発生したすべてのプラズ
マ化ガス４´を基板５上に到達させることができ、成膜
の効率を高めることができ、少ない投入電力でありなが
ら成膜速度が大きくなる。In the first aspect of the present invention, the plasma gas 4 ′ generated in the discharge chamber 8 is converted into a high-speed plasma flow 4 ″ with good directivity via the nozzle 10 as a communication path.
Is reached. Therefore, film formation can be performed at high speed. That is, unlike the conventional case (FIG. 9), there is no gas that contributes to film formation and a gas that does not contribute to film formation in the film forming chamber 6. 4 'can reach the substrate 5, the efficiency of film formation can be increased, and the film formation speed can be increased with low input power.
【００２３】さらに、本第１発明では、放電室８で生成
されたプラズマ化ガス４´を、両放電電極１、２のうち
で表面処理室９に近い方の放電電極２に形成した連通路
１０を通過させて基板５の表面に到達させるようにして
おり、プラズマ化ガス４´が最短の経路を通って基板５
に到達する。したがって、原料ガスが活性度の高い状態
を維持したまま迅速に基板５に到達するので、成膜速度
および成膜品質を高めることに大きく寄与する。Further, in the first aspect of the present invention, the communication gas passage 4 'generated in the discharge chamber 8 is formed in the discharge electrode 2 which is closer to the surface treatment chamber 9 among the two discharge electrodes 1 and 2. 10 to reach the surface of the substrate 5, and the plasma gas 4 ′ passes through the shortest path
To reach. Therefore, the source gas quickly reaches the substrate 5 while maintaining the state of high activity, which greatly contributes to improving the film forming speed and the film forming quality.
【００２４】第１発明における「連通路」は、図２に示
すようにノズル１０の配設を省略した概念も含むもので
ある。さらに、図１０（ａ）〜図１０（ｅ）に例示する
すべての連通路を含む。The "communication passage" in the first invention includes a concept in which the nozzle 10 is not provided as shown in FIG. Further, it includes all communication paths illustrated in FIGS. 10 (a) to 10 (e).
【００２５】また、第２発明では、対向して設けられた
両放電電極間で放電を行うことにより、ガスをプラズマ
化し、このプラズマ化したガスを基板に導くことによ
り、当該基板を前記ガスにより表面処理する表面処理装
置において、前記両放電電極間で放電を行う放電室と、
前記ガスが導かれることにより前記基板を表面処理する
表面処理室とを分離するとともに、前記放電室と前記表
面処理室とを、前記両放電電極のうちで前記表面処理室
に近い方の放電電極に配設したノズルによって連通させ
て、前記放電室で生成されたプラズマ化されたガスを、
前記ノズルを介して、前記表面処理室に噴出させるよう
にしたことを特徴とする。According to the second aspect of the present invention, the gas is turned into plasma by discharging between the two discharge electrodes provided opposite to each other, and the gasified gas is guided to the substrate. In a surface treatment apparatus that performs surface treatment, a discharge chamber that performs discharge between the two discharge electrodes,
The gas is introduced to separate a surface treatment chamber for treating the surface of the substrate, and the discharge chamber and the surface treatment chamber are separated by a discharge electrode closer to the surface treatment chamber among the two discharge electrodes. The plasma gas generated in the discharge chamber is communicated by a nozzle disposed in
It is characterized in that the liquid is ejected to the surface treatment chamber via the nozzle.
【００２６】第２発明では、第１発明の「連通路」の代
わりに、「ノズル」としている。この「ノズル」は超音
速ノズルを含んでいる。In the second invention, a "nozzle" is used instead of the "communication passage" of the first invention. This "nozzle" includes a supersonic nozzle.
【００２７】すなわち、第２発明では、図７に示すよう
に、放電室８と、表面処理室９とは、両放電電極のうち
の一方の放電電極２を壁８ｂとすることによって画成さ
れており、この一方の放電電極２（８ｂ）に、孔８ｃが
開口されており、この孔８ｃにノズル１０が挿着され
る。孔８ｃは１つでも複数でもよい。That is, in the second invention, as shown in FIG. 7, the discharge chamber 8 and the surface treatment chamber 9 are defined by using one of the discharge electrodes 2 as the wall 8b. A hole 8c is opened in the one discharge electrode 2 (8b), and the nozzle 10 is inserted into the hole 8c. One or more holes 8c may be provided.
【００２８】また、第３発明では、第２発明において、
前記ノズルの最小断面積をＡNとし、前記放電室の最大
断面積をＡpとしたとき、これらの比ＡN/Ａpを、 ＡN/Ａp≦１/２ に設定したことを特徴とする。According to a third aspect, in the second aspect,
When the minimum cross-sectional area of the nozzle is AN and the maximum cross-sectional area of the discharge chamber is Ap, the ratio AN / Ap is set to AN / Ap ≦ 1/2.
【００２９】上記ＡN/Ａp≦１/２なる関係が満たされる
とき、低基板温度（ほぼ３００°Ｃ以下）で、結晶性を
持つ高品質の薄膜を、高速に成膜することが可能とな
る。When the relationship of AN / Ap ≦ 1/2 is satisfied, a high-quality thin film having crystallinity can be formed at a low substrate temperature (about 300 ° C. or less) at a high speed. .
【００３０】また、第４発明では、第２発明において、
前記ノズルは、超音速ノズルであり、この超音速ノズル
によって、前記放電室内のプラズマ化したガスを、超音
速プラズマジェット流として、前記表面処理室に噴出す
るようにしたことを特徴とする。Further, in the fourth invention, in the second invention,
The nozzle is a supersonic nozzle, and the supersonic nozzle jets a plasma gas in the discharge chamber as a supersonic plasma jet into the surface treatment chamber.
【００３１】ノズル１０を特に超音速ノズルとしたとき
には、放電室８で発生したプラズマ化ガス４を、特に、
指向性よく高速のプラズマ流４″として基板５に到達さ
せることができ、成膜を特に高速に行うことができる。When the nozzle 10 is particularly a supersonic nozzle, the plasma gas 4 generated in the discharge chamber 8 is
It is possible to reach the substrate 5 as a high-speed plasma flow 4 ″ with good directivity, and it is possible to perform film formation particularly at high speed.
【００３２】また、第５発明では、第２発明において、
前記放電電極のうちの陽極の電極に棒状の電極を接続
し、この棒状の電極を前記ノズル内に挿入させるように
している。According to a fifth aspect, in the second aspect,
A rod-shaped electrode is connected to the anode electrode of the discharge electrodes, and the rod-shaped electrode is inserted into the nozzle.
【００３３】図４に示すように、陽極１ａがノズル１０
内に挿入されているため、放電室８だけではなくノズル
１０の内部にまで放電エネルギーを供給することがで
き、保有エネルギーの大きいプラズマ流４″を取得する
ことができる。As shown in FIG. 4, the anode 1a is
Since it is inserted into the inside, the discharge energy can be supplied not only to the discharge chamber 8 but also to the inside of the nozzle 10, and a plasma flow 4 ″ having a large retained energy can be obtained.
【００３４】また、第６発明では、第２発明において、
前記ノズル内で、ガスの流れに沿って磁力線が形成され
るように、磁力線発生手段をさらに具えるようにしてい
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the second aspect,
Magnetic line generating means is further provided in the nozzle so that the magnetic lines are formed along the gas flow.
【００３５】すなわち、図３（ｂ）に示すように、放電
室８内のプラズマ化ガス４´は、磁力線１３ａによって
効率よくノズル１０の入り口に補足され、ノズル１０内
の磁力線１３ａに沿ってプラズマ粒子が散逸することな
く基板５上に到達する。このようにプラズマガスの拡散
が抑制されるため成膜の効率が高められ、電源３に投入
する電力を減少させても成膜を高品質に行うことができ
る。That is, as shown in FIG. 3B, the plasma gas 4 ′ in the discharge chamber 8 is efficiently captured at the entrance of the nozzle 10 by the magnetic lines 13 a, and the plasma is formed along the magnetic lines 13 a in the nozzle 10. The particles reach the substrate 5 without dissipating. As described above, since the diffusion of the plasma gas is suppressed, the efficiency of the film formation is improved, and the film formation can be performed with high quality even when the power supplied to the power supply 3 is reduced.
【００３６】また、第７発明では、第２発明において、
前記放電室内に、原料ガスを前記基板に搬送するための
キャリアガスを供給するとともに、前記ノズルの管路の
途中から、前記原料ガスを供給し、放電室内でプラズマ
化され、活性化されたキャリアガスによって前記原料ガ
スを加熱してプラズマ化するようにしたことを特徴とす
る。According to a seventh aspect of the present invention, in the second aspect,
A carrier gas for supplying a source gas to the substrate is supplied into the discharge chamber, and the source gas is supplied from the middle of a pipe of the nozzle, and the carrier is turned into plasma and activated in the discharge chamber. It is characterized in that the raw material gas is heated by a gas and turned into plasma.
【００３７】すなわち、図５に示すように、原料ガスで
あるシランガスが表面処理室９の外部から供給される
と、管路１５、ガス淀み室１６、噴出孔１７を介してシ
ランガスがノズル１０の管路途中のスロート部１０ａよ
り、ノズル１０内に注入される。すると、ノズル１０を
通過するキャリアガスとしての水素プラズマと、この管
路途中から供給されたシランガスとが混合され、混合プ
ラズマとして基板５に噴出される。That is, as shown in FIG. 5, when silane gas as a raw material gas is supplied from the outside of the surface treatment chamber 9, the silane gas is supplied to the nozzle 10 through the pipe 15, the gas stagnation chamber 16, and the ejection hole 17. It is injected into the nozzle 10 from the throat portion 10a in the middle of the pipe. Then, the hydrogen plasma as the carrier gas passing through the nozzle 10 and the silane gas supplied from the middle of the pipe are mixed and ejected to the substrate 5 as a mixed plasma.
【００３８】原料ガス４であるシランガスは、放電室８
内で直接高周波電界により分解されるのではなく、ノズ
ル１０内でプラズマ化された水素ガスの持つエネルギー
により分解される。よって、シランガスが分解され過ぎ
て、基板５上での成膜反応に寄与するＳiＨ3ラジカルが
少なくなるようなことはなく、多量のＳiＨ3ラジカルが
得られ、上記成膜反応が良好になされる。このため成膜
が高速で高品質に行われる。The silane gas, which is the raw material gas 4, is supplied to the discharge chamber 8
It is not decomposed directly by the high-frequency electric field inside, but is decomposed by the energy of the hydrogen gas converted into plasma in the nozzle 10. Therefore, the silane gas is not excessively decomposed, and the amount of SiH3 radicals contributing to the film formation reaction on the substrate 5 does not decrease, but a large amount of SiH3 radicals is obtained, and the film formation reaction is favorably performed. Therefore, film formation is performed at high speed and with high quality.
【００３９】また、第８発明では、第２発明において、
前記ノズルは、複数設けられている。According to an eighth aspect, in the second aspect,
A plurality of the nozzles are provided.
【００４０】すなわち、図７に示すように、基板５´の
面積が大きくなるに応じて、放電室８の一方の電極２
（下壁８ｂ）に多数の孔８ｃ…が設けられ、これら各孔
８ｃ…にそれぞれノズル１０…が設けられる。これによ
って、大面積の基板５´の表面の各箇所に、各ノズル１
０からのプラズマジェット流４″をそれぞれ噴射させる
ことができ、大面積基板５´の成膜を一度に、作業効率
よく行うことができる。That is, as shown in FIG. 7, as the area of the substrate 5 'increases, one electrode 2 of the discharge chamber 8
(Lower wall 8b) are provided with a large number of holes 8c, and nozzles 10 are provided in each of these holes 8c. Thereby, each nozzle 1 is provided at each location on the surface of the large-area substrate 5 '.
A plasma jet stream 4 ″ from 0 can be jetted, and the film formation of the large-area substrate 5 ′ can be performed at a time with high work efficiency.
【００４１】また、第９発明では、上記第２の解決課題
を達成するために、所定の周波数の電磁波によるエネル
ギーをガスに与えることにより、当該ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化したガスを基板に導くことにより、
当該基板を前記ガスにより表面処理する表面処理装置に
おいて、前記電磁波の周波数を変更する手段を具え、前
記変更された周波数の電磁波によるエネルギーをガスに
与えることによってプラズマ化されたガスを生成するプ
ラズマ生成室と、前記ガスが導かれることにより前記基
板を表面処理する表面処理室とを分離するとともに、前
記プラズマ生成室と前記表面処理室とを連通路によって
連通して、前記プラズマ生成室で生成されたガスを、前
記連通路を介して、前記表面処理室に導くようにしたこ
とを特徴とする。According to the ninth aspect of the present invention, in order to achieve the second solution, the gas is converted into plasma by applying energy of an electromagnetic wave having a predetermined frequency to the gas, and the plasma-converted gas is applied to the substrate. By leading
In a surface treatment apparatus for performing a surface treatment on the substrate with the gas, the surface treatment apparatus includes means for changing a frequency of the electromagnetic wave, and a plasma generation that generates a gas that is turned into a plasma by giving energy to the gas by the electromagnetic wave having the changed frequency. A chamber and a surface treatment chamber for performing a surface treatment on the substrate by introducing the gas are separated from each other, and the plasma generation chamber and the surface treatment chamber communicate with each other through a communication path, and are generated in the plasma generation chamber. The introduced gas is guided to the surface treatment chamber through the communication passage.
【００４２】すなわち、放電室８内のガスに与えるエネ
ルギーの電磁波の周波数を変更することによって、放電
室８内のプラズマ状態（電子密度、電離度）を変化させ
ることができ、基板５の成膜品質を所望の品質に変更す
ることができる。That is, by changing the frequency of the electromagnetic wave of the energy applied to the gas in the discharge chamber 8, the plasma state (electron density, ionization degree) in the discharge chamber 8 can be changed, The quality can be changed to a desired quality.
【００４３】また、第１０発明では、第１発明を方法の
発明としたものであり、対向して設けられた両放電電極
間で放電を行うことにより、ガスをプラズマ化し、この
プラズマ化したガスを基板に導くことにより、当該基板
を前記ガスにより表面処理する表面処理方法において、
前記両放電電極間で放電を行う放電行程と、前記両放電
電極間の放電によって生成されたプラズマ化したガス
を、前記両放電電極のうちで前記基板に近い方の放電電
極に形成された連通路を通過させて、前記基板上に導
き、当該基板を表面処理する表面処理行程とを具えてい
る。According to a tenth aspect of the present invention, the first aspect of the present invention is directed to a method, in which a gas is turned into plasma by discharging between two discharge electrodes provided to face each other. In the surface treatment method of conducting a surface treatment on the substrate by the gas,
A discharge step of performing a discharge between the two discharge electrodes, and a plasma gas generated by the discharge between the two discharge electrodes is connected to a discharge electrode formed on a discharge electrode closer to the substrate among the two discharge electrodes. A surface treatment step of passing through the passage, leading onto the substrate, and surface-treating the substrate.
【００４４】[0044]
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
係る表面処理装置および表面処理方法の実施の形態につ
いて説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a surface treatment apparatus and a surface treatment method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
【００４５】図２は、第１の実施形態の装置の構成を示
している。FIG. 2 shows the configuration of the device of the first embodiment.
【００４６】この装置は、大きくは、外気と画成された
筐体１１と、筐体１１外部に設けられた電源３とから構
成されている。筐体１１内は、壁８ｂによって、プラズ
マ発生室８と、成膜室９とが画成されている。This device mainly comprises a housing 11 defined as outside air, and a power supply 3 provided outside the housing 11. In the housing 11, a plasma generating chamber 8 and a film forming chamber 9 are defined by a wall 8b.
【００４７】プラズマ発生室８は、平板状の両放電電極
１、２が対向して設けられている放電室である。この対
向して設けられた両放電電極１、２に高周波数（Ｒ．
Ｆ．）の電源３（１３．５６ＭＨz）による電圧が印加
されることにより、これら両放電電極１、２間で放電が
行われる。電極１は陽極であり、電極２は陰極である。
陰極２は、上記両室８、９を画成するための下壁８ｂと
一体のものとして構成されている。筐体１１、プラズマ
発生室８の下壁８ｂ、側壁８ａ、上壁８ｄは、すべて電
気的に接地している。陽極１は、上壁８ｄに、絶縁体８
ｅを介して固着されている。この絶縁体８ｅによって陽
極１と陰極２は電気的に絶縁されている。The plasma generation chamber 8 is a discharge chamber in which both flat discharge electrodes 1 and 2 are provided to face each other. The high frequency (R.R.
F. ) Is applied between the two discharge electrodes 1 and 2 by applying a voltage from the power supply 3 (13.56 MHz). Electrode 1 is the anode and electrode 2 is the cathode.
The cathode 2 is formed integrally with a lower wall 8b for defining the chambers 8,9. The housing 11, the lower wall 8b, the side wall 8a, and the upper wall 8d of the plasma generation chamber 8 are all electrically grounded. The anode 1 is provided on the upper wall 8d with an insulator 8
e. The anode 1 and the cathode 2 are electrically insulated by the insulator 8e.
【００４８】下壁８ｂには、開口部８ｃが形成されてお
り、この開口部８ｃに、ノズル１０が挿着されている。An opening 8c is formed in the lower wall 8b, and the nozzle 10 is inserted into the opening 8c.
【００４９】プラズマ発生室８の両電極１、２間で放電
が行われると、原料ガスがプラズマ化され、このプラズ
マ化されたガス４´が生成される。なお、ガス４´の中
には、実際には、原料ガスのみならず、プラズマを発生
しやすくするため、安定化のため、原料ガスを基板５ま
で搬送するためのキャリアガスが含まれている。なお、
ガス４´の中にキャリアガスを含めない実施も可能であ
る。When a discharge is generated between the two electrodes 1 and 2 of the plasma generating chamber 8, the raw material gas is turned into plasma, and this turned into gas 4 'is generated. Note that the gas 4 ′ actually contains not only the source gas but also a carrier gas for transferring the source gas to the substrate 5 for stabilization in order to easily generate plasma. . In addition,
It is also possible to carry out without including the carrier gas in the gas 4 '.
【００５０】プラズマ発生室８と成膜室９は、成膜室９
に近い側の電極２に配設されたノズル１０によって連通
されており、プラズマ発生室８で生成されたプラズマ化
されたガスが、ノズル１０を介してプラマジェット４″
として基板５上に噴射され、この基板５が成膜される。The plasma generating chamber 8 and the film forming chamber 9 are
Is connected to a nozzle 10 disposed on the electrode 2 on the side closer to the plasma generator 4, and a plasma-generated gas generated in the plasma generation chamber 8 passes through the nozzle 10 to the plasma jet 4 ″.
Is sprayed onto the substrate 5 to form a film.
【００５１】基板５は、搬送トレイ１２上に載置されて
いる。この搬送トレイ１２の下には、基板温度の調整用
のヒータ７が配設されている。ヒータ７によって、基板
５が、薄膜生成のために適正な反応温度（気相成長に適
した温度）に保持される。なお、搬送トレイ１２によっ
て、基板５が成膜工程の前工程から搬送され、成膜され
た基板５が成膜の後工程へと搬送される。The substrate 5 is placed on the transport tray 12. A heater 7 for adjusting the temperature of the substrate is provided below the transfer tray 12. The heater 7 keeps the substrate 5 at an appropriate reaction temperature (temperature suitable for vapor phase growth) for thin film formation. The substrate 5 is transported by the transport tray 12 from a step before the film forming step, and the substrate 5 on which the film is formed is transported to a step after the film forming step.
【００５２】以上のように、本実施形態によれば、従来
の平行平板型（容量結合型）のプラズマＣＶＤ装置と同
様に（図９）、平板状の両放電電極１、２間で放電を行
いプラズマ化ガス４´を発生するようにしているので、
電極２の面積を大きくすればするほど、より大きな面積
の基板５を一度に成膜することができる。すなわち、図
７に示すように、電極２の面積を大きくし、それに応じ
てノズル１０の数を増やすことによって、下方に配置さ
れた大面積の基板５´を、一度に成膜することが可能に
なる。このように、従来の平行平板型（容量結合型）の
プラズマＣＶＤ装置の利点を生かして、大面積の基板を
一度に成膜することが可能となり、作業効率を向上させ
ることができる。As described above, according to the present embodiment, the discharge between the flat discharge electrodes 1 and 2 is performed similarly to the conventional parallel plate type (capacitively coupled type) plasma CVD apparatus (FIG. 9). To generate the plasma gas 4 ′
As the area of the electrode 2 is increased, the substrate 5 having a larger area can be formed at a time. That is, as shown in FIG. 7, by increasing the area of the electrode 2 and increasing the number of nozzles 10 accordingly, it is possible to deposit a large-area substrate 5 ′ disposed below at a time. become. As described above, by taking advantage of the conventional parallel plate type (capacitively coupled type) plasma CVD apparatus, a large-area substrate can be formed at a time, and the working efficiency can be improved.
【００５３】しかも、本実施形態では、プラズマ発生室
８で生成されたプラズマ化ガス４´をノズル１０を介し
て成膜室９に導き、基板５の表面に照射するようにして
おり、従来のように（図９）、基板５が両電極１、２間
に配置されていないので、基板５に到達するプラズマは
放電電流の影響を受けずに完全に中性である。このた
め、基板５には成膜過程でイオンや電子が衝突すること
がなく、イオンダメージによる品質劣化を極めて少なく
でき、成膜を高品質に行うことができる。Further, in this embodiment, the plasma gas 4 ′ generated in the plasma generation chamber 8 is guided to the film formation chamber 9 through the nozzle 10 and is irradiated on the surface of the substrate 5. As shown (FIG. 9), since the substrate 5 is not disposed between the electrodes 1 and 2, the plasma reaching the substrate 5 is completely neutral without being affected by the discharge current. Therefore, ions and electrons do not collide with the substrate 5 during the film formation process, quality deterioration due to ion damage can be extremely reduced, and film formation can be performed with high quality.
【００５４】また、本実施形態では、プラズマ発生室８
で発生したプラズマ化ガス４が、ノズル１０を介して指
向性のよい、高速のプラズマ流４″として基板５に到達
される。このため、成膜を高速に行うことができる。す
なわち、従来のように（図９）、成膜室６の中で成膜に
寄与するガスと成膜に寄与しないガスが存在するという
ことはなく、プラズマ発生室８で発生したすべてのプラ
ズマ化ガス４´を基板５上に到達させることができ、成
膜の効率を高めることができ、少ない投入電力でありな
がら成膜速度が大きくなる。In this embodiment, the plasma generation chamber 8
Is generated as a high-speed plasma flow 4 ″ having good directivity via the nozzle 10 and reaches the substrate 5. Therefore, film formation can be performed at high speed. As shown in FIG. 9, there is no gas that contributes to film formation and a gas that does not contribute to film formation in the film formation chamber 6, and all the plasma gas 4 ′ generated in the plasma generation chamber 8 are removed. The film can be reached on the substrate 5, the efficiency of film formation can be increased, and the film formation speed can be increased even with a small input power.
【００５５】さらに、本実施形態では、プラズマ発生室
８で生成されたプラズマ化ガス４´を、両放電電極１、
２のうちで成膜室９に近い方の放電電極２に配設したノ
ズル１０を通過させて基板５の表面に到達させるように
しており、プラズマ化ガス４´が最短の経路を通って基
板５に到達する。したがって、原料ガスが活性度の高い
状態を維持したまま迅速に基板５に到達するので、成膜
速度および成膜品質を高めることに大きく寄与する。Further, in the present embodiment, the plasma gas 4 ′ generated in the plasma generation chamber 8 is
2 through the nozzle 10 arranged on the discharge electrode 2 which is closer to the film forming chamber 9 so as to reach the surface of the substrate 5, and the plasma gas 4 ′ passes through the shortest path Reach 5 Therefore, the source gas quickly reaches the substrate 5 while maintaining the state of high activity, which greatly contributes to improving the film forming speed and the film forming quality.
【００５６】ノズル１０を介して指向性のよい、高速の
プラズマ流４″を基板５に到達させるには、プラズマジ
ェット流４″の速度は、音速以上であることが望まし
い。さらに、ノズル１０として、広がり角がθの超音速
ノズルを用いることが、望ましい。In order for the high-speed plasma stream 4 ″ having good directivity to reach the substrate 5 through the nozzle 10, it is desirable that the speed of the plasma jet stream 4 ″ is higher than the speed of sound. Further, it is desirable to use a supersonic nozzle having a spread angle θ as the nozzle 10.
【００５７】ここで、超音速ノズル１０にガス４が供給
される点のよどみ点圧力（プラズマ発生室８の圧力）を
ｐ0とし、超音速ノズル１０の出口の圧力（成膜室９の
圧力）をｐeとし、超音速ノズル１０の出口面における
マッハ数をＭとし、ガス４の比熱比をγとしたとき、超
音速ノズル１０から超音速のプラズマジェット４″を噴
出させるための動作条件は、流体力学の原理より、つぎ
の（１）式のように表される。Here, the stagnation point pressure (the pressure of the plasma generation chamber 8) at the point where the gas 4 is supplied to the supersonic nozzle 10 is defined as p0, and the pressure at the outlet of the supersonic nozzle 10 (the pressure of the film forming chamber 9). Is pe, the Mach number at the exit surface of the supersonic nozzle 10 is M, and the specific heat ratio of the gas 4 is γ. The operating conditions for ejecting the supersonic plasma jet 4 ″ from the supersonic nozzle 10 are as follows: From the principle of fluid dynamics, it is expressed as the following equation (1).
【００５８】 上記（１）式が満足されれば、超音速ノズル１０の内部
に垂直衝撃波は形成されずに、超音速のプラズマジェッ
ト４″を噴出することができ、成膜性能を高めることが
できる。仮に、上記（１）式の左辺の圧力比ｐe/ｐ0
が、右辺の数値以上になると、プラズマジェットは亜音
速ジェットとなってしまい、著しく成膜性能が低下して
しまう。[0058] If the above expression (1) is satisfied, a supersonic plasma jet 4 ″ can be ejected without forming a vertical shock wave inside the supersonic nozzle 10, and the film forming performance can be improved. , Pressure ratio pe / p0 on the left side of equation (1)
However, when the value is equal to or larger than the value on the right side, the plasma jet becomes a subsonic jet, and the film forming performance is significantly reduced.
【００５９】ここで、プラズマ発生室８の寸法とノズル
１０の寸法の関係としては、図１（ｂ）に示すように、
プラズマ発生室８の最大断面積（プラズマ放出方向に対
して垂直な方向の断面積）Ａpに対する、ノズル１０の
最小断面積（スロート部１０ａの断面積）ＡNの比が、
１/２以下、つまり、 ＡN/Ａp≦１/２ …（２） となることが望ましい。上記（２）式が満たされると
き、低基板温度（ほぼ３００°Ｃ以下）で、結晶性を持
つ高品質の薄膜を、高速に成膜することが可能となる。The relationship between the size of the plasma generation chamber 8 and the size of the nozzle 10 is as shown in FIG.
The ratio of the minimum cross-sectional area (cross-sectional area of the throat portion 10a) AN of the nozzle 10 to the maximum cross-sectional area (cross-sectional area perpendicular to the plasma emission direction) Ap of the plasma generation chamber 8 is as follows:
1/2 or less, that is, it is preferable that AN / Ap ≦ 1/2 (2). When the above equation (2) is satisfied, a high-quality thin film having crystallinity can be formed at a high speed at a low substrate temperature (approximately 300 ° C. or lower).
【００６０】なお、ノズル１０として、超音速ノズルを
用いない実施でもよく、またノズル１０の代わりに、プ
ラズマ発生室８内のプラズマ化されたガス４´を、成膜
室９に導く機能を有する管路を用いる実施も可能であ
る。The nozzle 10 may be implemented without using a supersonic nozzle. Instead of the nozzle 10, the nozzle 10 has a function of guiding the plasma gas 4 ′ in the plasma generation chamber 8 to the film formation chamber 9. Implementation using a pipeline is also possible.
【００６１】さらには、図２に示すように、ノズル１０
の配設を省略して、プラズマ発生室８の下壁８ｂに開口
部８ｃを形成しただけの構造として、プラズマ発生室８
内のガスを成膜室９に連通させてもよい。ただし、この
場合には、プラズマ発生室８で生成されたプラズマ化ガ
ス４´を迅速かつ散逸することなく基板５に導くように
するために、下壁８ｂと基板５の距離ｄを短く設定する
ことが望ましい。Further, as shown in FIG.
Is omitted, and the plasma generating chamber 8 has a structure in which an opening 8c is simply formed in the lower wall 8b of the plasma generating chamber 8.
The gas inside may be communicated with the film forming chamber 9. However, in this case, the distance d between the lower wall 8b and the substrate 5 is set short so that the plasma gas 4 'generated in the plasma generation chamber 8 is quickly and without being dissipated to the substrate 5. It is desirable.
【００６２】つぎに、図１に示す第１の実施形態装置を
用いた実験結果について述べる。Next, experimental results using the first embodiment shown in FIG. 1 will be described.
【００６３】すなわち、図１に示す装置を用いて、次の
条件でシリコン薄膜の成膜を行った。That is, using the apparatus shown in FIG. 1, a silicon thin film was formed under the following conditions.
【００６４】ただし、プラズマ発生室８には、原料ガス
としてシラン（ＳiＨ4）が供給され、キャリアガスとし
て水素（Ｈ2）が供給されるものとする。However, it is assumed that silane (SiH 4) is supplied as a source gas and hydrogen (H 2) is supplied as a carrier gas to the plasma generation chamber 8.
【００６５】ノズル１０のスロート部１０ａの直径：１
３ｍｍ、 ノズル１０の広がり角θ：１０°、 ノズル１０の出口直径：１８ｍｍ、 設計マッハ数：２．１、 水素流量：８０ｃｃ/ｍｉｎ、 シラン（ＳiＨ4）流量：６ｃｃ/ｍｉｎ、 投入ＲＦパワー：５０Ｗ（１３．５６ＭＨz）、 ノズル１０−基板５間距離：２０ｍｍ、 基板５の表面温度：２００°Ｃ、 基板５の材料：石英ガラス この結果、シリコン薄膜の成膜速度として０．３μｍ/
ｍｉｎという高速が得られた。そして、成膜材料をラマ
ン分光分析したところ結晶化率の大きな高品質微結晶膜
であることがわかった。また、膜中の電子スピン密度の
測定からも欠陥の少ない良好な膜質であることが判明し
た。The diameter of the throat portion 10a of the nozzle 10 is 1
3 mm, nozzle 10 divergence angle θ: 10 °, nozzle 10 outlet diameter: 18 mm, design Mach number: 2.1, hydrogen flow rate: 80 cc / min, silane (SiH4) flow rate: 6 cc / min, input RF power: 50 W (13.56 MHz), distance between the nozzle 10 and the substrate 5: 20 mm, surface temperature of the substrate 5: 200 ° C., material of the substrate 5: quartz glass As a result, the deposition rate of the silicon thin film is 0.3 μm /
min. The Raman spectroscopic analysis of the film-forming material revealed that the film was a high-quality microcrystalline film having a high crystallization ratio. The measurement of the electron spin density in the film also revealed that the film had good quality with few defects.
【００６６】上述した第１の実施形態に、さらに適宜改
良を加える実施も可能である。It is also possible to implement the first embodiment described above with further improvements as appropriate.
【００６７】図３（ａ）に示す装置では、図１（ａ）の
装置構成において、ノズル１０の外周に、ノズル１０内
のガスの流れ方向に沿って磁力線１３ａを形成するため
の磁力線発生手段としての磁石１３が周設されている。
この磁石１３は永久磁石であってもよく電磁石であって
もよい。In the apparatus shown in FIG. 3A, in the apparatus configuration shown in FIG. 1A, magnetic line generating means for forming magnetic lines 13a on the outer periphery of the nozzle 10 along the flow direction of the gas in the nozzle 10. Is provided around the magnet 13.
This magnet 13 may be a permanent magnet or an electromagnet.
【００６８】すると、ノズル１０に周設された磁石１３
によって、図３（ｂ）に示すように、ノズル１０内のガ
スの流れ方向に沿って磁力線１３ａが形成され、電荷を
帯びたプラズマ粒子が磁力線１３ａに補足され、磁力線
１３ａに沿って螺旋運動をしつつ基板５上に到達する。
つまり、プラズマ発生室８内のプラズマ化ガス４´は、
磁力線１３ａによって効率よくノズル１０の入り口に補
足される。このようにプラズマガスの拡散が抑制される
ため成膜の効率が高められ、電源３に投入する電力を減
少しても成膜を高品質に行うことができる。Then, the magnet 13 provided around the nozzle 10
As a result, as shown in FIG. 3 (b), magnetic lines of force 13a are formed along the flow direction of the gas in the nozzle 10, and the charged plasma particles are captured by the magnetic lines of force 13a, and spiral movement is performed along the magnetic lines of force 13a. While reaching the substrate 5.
That is, the plasma gas 4 ′ in the plasma generation chamber 8 is
The magnetic force lines 13 a efficiently capture the air at the entrance of the nozzle 10. As described above, since the diffusion of the plasma gas is suppressed, the efficiency of the film formation is enhanced, and the film formation can be performed with high quality even when the power supplied to the power supply 3 is reduced.
【００６９】つぎに、図３に示す第２の実施形態装置を
用いた実験結果について述べる。Next, the results of an experiment using the apparatus of the second embodiment shown in FIG. 3 will be described.
【００７０】すなわち、図３に示す装置を用いて、第１
の実施形態と同一の運転条件でシリコン薄膜の成膜を行
った。ただし、この第２の実施形態装置では、ノズル１
０の外周に、中心磁場強度１０００Ｇａｕｓｓのリング
状の永久磁石１３を装着した。That is, using the device shown in FIG.
The silicon thin film was formed under the same operating conditions as in the embodiment. However, in the second embodiment, the nozzle 1
A ring-shaped permanent magnet 13 having a center magnetic field strength of 1000 Gauss was mounted on the outer periphery of the zero.
【００７１】この結果、投入ＲＦパワーを２０Ｗまで低
下させても、成膜速度および膜品質の低下は認められな
かった。As a result, even when the input RF power was reduced to 20 W, no reduction in the film formation rate and film quality was observed.
【００７２】図４は第３の実施形態装置の構成を示して
いる。FIG. 4 shows the configuration of the third embodiment.
【００７３】この第３の実施形態では、同図４に示すよ
うに、プラズマ発生室８の上部電極１（陽極）に、棒状
電極１ａが電気的に接続されており、この棒状電極１ａ
の先端部がノズル１０の内部に、ノズル１０と同軸上に
挿入されている。In the third embodiment, as shown in FIG. 4, a bar electrode 1a is electrically connected to the upper electrode 1 (anode) of the plasma generating chamber 8, and the rod electrode 1a
Is inserted into the nozzle 10 coaxially with the nozzle 10.
【００７４】このように陽極１ａがノズル１０内に挿入
されているため、プラズマ発生室８だけではなくノズル
１０の内部にまで放電エネルギーを供給することがで
き、保有エネルギーの大きいプラズマ流を取得すること
ができる。Since the anode 1a is inserted into the nozzle 10 as described above, discharge energy can be supplied not only to the plasma generation chamber 8 but also to the inside of the nozzle 10, and a plasma flow having a large retained energy is obtained. be able to.
【００７５】なお、この図４に示す第３の実施形態装置
では、ノズル１０の外周に磁石１３を装着しているが、
磁石１３の配設を省略する実施も可能である。Although the magnet 13 is mounted on the outer periphery of the nozzle 10 in the third embodiment shown in FIG.
It is also possible to omit the arrangement of the magnet 13.
【００７６】図５は第４の実施形態装置の構成を示して
いる。FIG. 5 shows the configuration of the fourth embodiment.
【００７７】この第４の実施形態では、同図５に示すよ
うに、プラズマ発生室８内に、原料ガス４を基板５に搬
送するためのキャリアガス１４が供給されるとともに、
ノズル１０の管路の途中から、原料ガス４が供給され、
プラズマ発生室８内でプラズマ化されたキャリアガス１
４の持つ熱によって原料ガス４が加熱されプラズマ化さ
れる。In the fourth embodiment, as shown in FIG. 5, a carrier gas 14 for transporting the raw material gas 4 to the substrate 5 is supplied into the plasma generation chamber 8.
The raw material gas 4 is supplied from the middle of the pipeline of the nozzle 10,
Carrier gas 1 converted into plasma in plasma generation chamber 8
The raw material gas 4 is heated by the heat of 4 and turned into plasma.
【００７８】さて、シリコン薄膜を成膜しようとする場
合、水素ガス（Ｈ2）をキャリアガス１４とし、シラン
ガス（ＳiＨ4）を原料ガス４とし、これらの混合ガスを
プラズマ化して基板５に照射することが、一般的に行わ
れる。When a silicon thin film is to be formed, hydrogen gas (H 2) is used as carrier gas 14, silane gas (SiH 4) is used as source gas 4, and a mixed gas of these is turned into plasma and irradiated onto substrate 5. Is generally performed.
【００７９】このときのシリコン薄膜を成膜するための
成膜反応について説明すると、まず、シランガス（Ｓi
Ｈ4）が分解されることによってＳiＨ3ラジカルが生成
され、このＳiＨ3ラジカルが前駆体として基板５の表面
に到達する。そして、その後、水素ガスＨ2が分解され
ることによって得られた原子状水素Ｈが、基板５上に吸
着したＳiＨ3の水素原子を離脱させ、シリコン原子Ｓi
を基板５の表面に規則的に堆積させるというものであ
る。The film forming reaction for forming the silicon thin film at this time will be described. First, a silane gas (Si
H4) is decomposed to generate SiH3 radicals, which reach the surface of the substrate 5 as precursors. After that, the atomic hydrogen H obtained by the decomposition of the hydrogen gas H2 desorbs the hydrogen atoms of SiH3 adsorbed on the substrate 5, and the silicon atoms Si
Is regularly deposited on the surface of the substrate 5.
【００８０】したがって、高品質のシリコン膜を高速に
成膜するためには、基板５の表面近傍に、上記成膜反応
に寄与する大量のＳiＨ3ラジカルと原子状水素Ｈを供給
することが重要となる。ここで、シランガス（ＳiＨ4）
を加熱し過ぎると、分解が進行し過ぎてしまい、ＳiＨ3
ラジカルから更に別の成膜反応に寄与しないラジカルに
分解されてしまい、上記成膜反応が良好に行われなくな
るので、これを避けなければならない。Therefore, in order to form a high-quality silicon film at a high speed, it is important to supply a large amount of SiH 3 radicals and atomic hydrogen H contributing to the film formation reaction near the surface of the substrate 5. Become. Here, silane gas (SiH4)
If too much heat is applied, the decomposition will proceed too much and SiH3
The radicals are further decomposed into radicals that do not contribute to the film formation reaction, and the film formation reaction is not performed well.
【００８１】いま、図１に示す第１の実施形態装置にお
いて、水素とシランの混合ガスをプラズマ発生室８に導
き、プラズマ化して基板５に照射する場合を考える。こ
の場合、電源３に対するＲ．Ｆ．投入パワーが少ないう
ちは特に問題はないもの、成膜速度を増大させるために
電源３に対するＲ．Ｆ．投入パワーを増大させていく
と、シランガス（ＳiＨ4）の分解が進行し過ぎてしま
い、上記成膜反応が良好に行われなくなり、成膜の品質
が劣化してくる。すなわち、図１に示す第１の実施形態
にあっては、上記成膜反応を良好に行い成膜品質を維持
するための投入パワー上限値が実質的に存在しており、
それに伴う成膜速度の上限値が存在する。Now, let us consider a case where the mixed gas of hydrogen and silane is introduced into the plasma generation chamber 8 in the apparatus of the first embodiment shown in FIG. In this case, the R.P. F. Although there is no particular problem while the input power is small, the R.V. F. When the input power is increased, the decomposition of the silane gas (SiH4) proceeds excessively, so that the film formation reaction is not performed well and the quality of the film formation deteriorates. That is, in the first embodiment shown in FIG. 1, there is substantially an input power upper limit value for performing the above-described film forming reaction favorably and maintaining the film forming quality.
Accordingly, there is an upper limit of the film forming rate.
【００８２】この第４の実施形態では、このような問題
を解決するものである。In the fourth embodiment, such a problem is solved.
【００８３】そこで、図５に示すように、まず、プラズ
マ発生室８にキャリアガス１４として水素ガスＨ2のみ
が供給され、両放電電極１、２間の放電によって、水素
プラズマ４´が生成される。ここで、プラズマ発生室８
に投入するＲ．Ｆ．パワーを増大していくと、多量の原
子状水素を発生させることができる。Then, as shown in FIG. 5, first, only the hydrogen gas H 2 is supplied as the carrier gas 14 to the plasma generating chamber 8, and the discharge between the discharge electrodes 1 and 2 generates the hydrogen plasma 4 ′. . Here, the plasma generation chamber 8
R. F. As the power is increased, a large amount of atomic hydrogen can be generated.
【００８４】原料ガス４をノズル１０内に供給する装置
は、大きくは、原料ガス４としてのシランガスを成膜室
９の外部から供給する管路１５と、この管路１５に連通
するガス淀み室１６と、ノズル１０のスロート部１０ａ
に開設されガス淀み室１６内のシランガスをノズル１０
内に噴出させる噴出孔１７とから構成されている。The apparatus for supplying the raw material gas 4 into the nozzle 10 is mainly composed of a pipe 15 for supplying silane gas as the raw gas 4 from outside the film forming chamber 9 and a gas stagnation chamber communicating with the pipe 15. 16 and the throat portion 10a of the nozzle 10
Silane gas in the gas stagnation chamber 16
And a jet hole 17 for jetting into the inside.
【００８５】シランガスが成膜室９の外部から供給され
ると、管路１５、ガス淀み室１６、噴出孔１７を介して
シランガスがノズル１０の管路途中のスロート部１０ａ
より、ノズル１０内に注入される。すると、ノズル１０
を通過する水素プラズマと、この管路途中から供給され
たシランガスとが混合され、混合プラズマとして基板５
に噴出される。When the silane gas is supplied from outside the film forming chamber 9, the silane gas is supplied to the throat portion 10 a in the middle of the nozzle 10 through the pipe 15, the gas stagnation chamber 16, and the ejection hole 17.
Thus, it is injected into the nozzle 10. Then, the nozzle 10
Is mixed with the silane gas supplied from the middle of the pipeline, and the mixed
It is gushing.
【００８６】原料ガス４であるシランガスは、プラズマ
発生室８内で直接高周波電界により分解されるのではな
く、ノズル１０内でプラズマ化された水素ガスの持つエ
ネルギーにより分解される。よって、シランガスが分解
され過ぎて、上記成膜反応に寄与するＳiＨ3ラジカルが
少なくなるようなことはなく、多量のＳiＨ3ラジカルが
得られ、上記成膜反応が良好になされる。このため成膜
が高速で高品質に行われる。The silane gas as the raw material gas 4 is not decomposed directly by the high-frequency electric field in the plasma generation chamber 8, but is decomposed by the energy of the hydrogen gas converted into plasma in the nozzle 10. Therefore, the silane gas is not excessively decomposed, and the amount of SiH3 radicals contributing to the film formation reaction does not decrease. Thus, a large amount of SiH3 radicals is obtained, and the film formation reaction is performed well. Therefore, film formation is performed at high speed and with high quality.
【００８７】ただし、水素プラズマの持つエネルギーが
大きいほど、シランガスの分解度は高くなる。よって、
電源３に対する投入パワーをコントロールすることによ
り、多量の原子状水素と多量のＳiＨ3ラジカルを供給で
きるように調整する必要がある。However, the higher the energy of the hydrogen plasma, the higher the degree of decomposition of the silane gas. Therefore,
It is necessary to control the power supplied to the power supply 3 so that a large amount of atomic hydrogen and a large amount of SiH3 radicals can be supplied.
【００８８】また、ノズル１０に噴出孔１７を設ける場
合、プラズマ発生室８に近い上流側に設けるほどシラン
ガスの分解効率が高くなり、下流側に設けるほどシラン
ガスの分解効率が低くなる。よって、シランガスが供給
される位置、つまり噴出孔１７の位置を適宜変更するこ
とにより、シランガスの分解度を調整することができ
る。In the case where the ejection holes 17 are provided in the nozzle 10, the decomposition efficiency of the silane gas becomes higher as the ejection holes 17 are provided on the upstream side closer to the plasma generation chamber 8, and the decomposition efficiency of the silane gas becomes lower as the ejection holes 17 are provided on the downstream side. Therefore, the degree of decomposition of the silane gas can be adjusted by appropriately changing the position where the silane gas is supplied, that is, the position of the ejection hole 17.
【００８９】つぎに、図５に示す第４の実施形態装置を
用いた実験結果について述べる。Next, the results of an experiment using the device of the fourth embodiment shown in FIG. 5 will be described.
【００９０】この第４の実施形態では、プラズマ発生室
８に供給する水素ガスの流量を８０ｃｃ/ｍｉｎとし、
ノズル１０のスロート部１０ａから注入されるシランガ
ス（ＳiＨ4）の流量を６ｃｃ/ｍｉｎとしており、キャ
リアガス１４と原料ガス４を分離して供給している点が
異なるだけで供給流量は前述した第１の実施形態の運転
条件（実験条件）と同じとした。また、他の運転条件も
第１の実施形態と同じとした。In the fourth embodiment, the flow rate of hydrogen gas supplied to the plasma generation chamber 8 is set to 80 cc / min.
The flow rate of the silane gas (SiH4) injected from the throat portion 10a of the nozzle 10 is 6 cc / min, and the supply flow rate is the same as the first flow rate except that the carrier gas 14 and the raw material gas 4 are separately supplied. The operating conditions (experimental conditions) of the embodiment were the same. Other operating conditions were the same as in the first embodiment.
【００９１】この実験の結果、電源３に対する投入Ｒ．
Ｆ．パワーを１５０Ｗまで上昇させることによって成膜
速度をほぼ６０％増加させることができた。しかも、第
１の実施形態とは異なり、高パワー化に伴う膜品質の劣
化は認められなかった。As a result of this experiment, when the power supply
F. By increasing the power to 150 W, the deposition rate could be increased by almost 60%. Moreover, unlike the first embodiment, no deterioration in film quality due to the increase in power was observed.
【００９２】なお、図５に示す第４の実施形態装置に対
して、図３に示す磁石１３、図４に示す棒状電極１ａを
適宜付加する実施も可能である。The magnet 13 shown in FIG. 3 and the rod-shaped electrode 1a shown in FIG. 4 can be appropriately added to the device of the fourth embodiment shown in FIG.
【００９３】図６は、第５の実施形態の装置構成を示し
ている。FIG. 6 shows a device configuration of the fifth embodiment.
【００９４】この第５の実施形態では、プラズマ発生室
８に投入する電磁波の周波数を２．４５ＧＨz、１３．
５６ＭＨzのいずれかに切換え、変更することができ
る。In the fifth embodiment, the frequency of the electromagnetic wave applied to the plasma generation chamber 8 is 2.45 GHz, 13.
It can be switched to any one of 56 MHz and changed.
【００９５】すなわち、成膜品質とプラズマ状態は密接
な関連を持っている。そして、ガスに与えるエネルギー
の電磁波の周波数を変更することによって、プラズマの
電子密度と電離度を変化させることができ、プラズマ状
態を変更することができる。よって、ガスに与えるエネ
ルギーの電磁波の周波数を変更することによって、成膜
品質を所望の品質に変更することができる。That is, the film formation quality and the plasma state are closely related. By changing the frequency of the electromagnetic wave of energy applied to the gas, the electron density and ionization degree of the plasma can be changed, and the state of the plasma can be changed. Therefore, the film formation quality can be changed to a desired quality by changing the frequency of the electromagnetic wave of energy applied to the gas.
【００９６】そこで、この第５の実施形態では、図５に
示すように、プラズマ発生室８内のガスにエネルギーを
与えプラズマ化する手段として、マイクロ波発生装置
と、インダクションプラズマ装置が配設されている。そ
して、図示せぬ切換手段によって、これらマイクロ波発
生装置と、インダクションプラズマ装置のうちのいずれ
かが選択され、切り換えられる。Therefore, in the fifth embodiment, as shown in FIG. 5, a microwave generator and an induction plasma device are provided as means for applying energy to the gas in the plasma generation chamber 8 to convert the gas into plasma. ing. Then, one of the microwave generator and the induction plasma device is selected and switched by switching means (not shown).
【００９７】マイクロ波発生装置に切り換えられると、
周波数２．４５ＧＨzのマイクロ波がマイクロ波導波管
１８を介してプラズマ発生室８内へと伝搬され、このマ
イクロ波の持つエネルギーによって、ガスがプラズマ化
される。この結果、周波数２．４５ＧＨzに応じたプラ
ズマ状態が得られる。このような周波数２．４５ＧＨz
は平行平板型（容量結合型）のプラズマＣＶＤ装置では
得られない。よって、平行平板型（容量結合型）のプラ
ズマＣＶＤ装置では得られないプラズマ状態を取得する
ことができ、平行平板型（容量結合型）のプラズマＣＶ
Ｄ装置では得られなかった成膜品質を得ることが可能と
なる。When switched to the microwave generator,
A microwave having a frequency of 2.45 GHz is propagated into the plasma generation chamber 8 via the microwave waveguide 18, and the gas is turned into plasma by the energy of the microwave. As a result, a plasma state corresponding to the frequency of 2.45 GHz is obtained. Such a frequency of 2.45 GHz
Cannot be obtained with a parallel plate type (capacitive coupling type) plasma CVD apparatus. Therefore, a plasma state that cannot be obtained with a parallel plate (capacitively coupled) plasma CVD apparatus can be obtained, and a parallel plate (capacitively coupled) plasma CV can be obtained.
It is possible to obtain a film formation quality that cannot be obtained with the D apparatus.
【００９８】一方、インダクションプラズマ装置に切り
換えられると、１３．５６ＭＨzの高周波電源１９から
電圧が印加されることによってプラズマ発生室８の外周
に巻き付けられた誘導コイル２０に高周波電流が通電さ
れ、プラズマ発生室８内に誘導電磁場が形成される。こ
の誘導電磁場のエネルギーによってガスが加熱され、プ
ラズマ化される。この結果、周波数１３．５６ＭＨzに
応じたプラズマ状態が得られ、それに応じた成膜品質が
得られる。On the other hand, when the apparatus is switched to the induction plasma apparatus, a high frequency current is applied to the induction coil 20 wound around the outer periphery of the plasma generation chamber 8 by applying a voltage from the high frequency power supply 19 of 13.56 MHz, thereby generating the plasma. An induced electromagnetic field is formed in the chamber 8. The gas is heated by the energy of the induced electromagnetic field and turned into plasma. As a result, a plasma state corresponding to a frequency of 13.56 MHz is obtained, and a film forming quality corresponding to the plasma state is obtained.
【００９９】つぎに、図６に示す第５の実施形態装置を
用いた実験結果について述べる。Next, the results of an experiment using the fifth embodiment shown in FIG. 6 will be described.
【０１００】マイクロ波発生装置に切り換え、プラズマ
発生室８内に周波数２．４５ＧＨzのマイクロ波を伝搬
させることで、シランガスと水素ガスの混合プラズマを
発生させ、この混合プラズマを基板５に噴射させること
でシリコン薄膜を成膜させた。マイクロ波の投入パワー
は５０Ｗであり、他の運転条件は第１の実施形態と同一
条件とした。By switching to a microwave generator, a microwave having a frequency of 2.45 GHz is propagated in the plasma generating chamber 8 to generate a mixed plasma of silane gas and hydrogen gas, and to inject the mixed plasma onto the substrate 5. To form a silicon thin film. The input power of the microwave was 50 W, and other operating conditions were the same as those of the first embodiment.
【０１０１】この結果、第１の実施形態の場合の成膜速
度に対して３０％の速度増加が認められた。しかも、結
晶化率も第１の実施形態の場合よりもさらに高くなり、
高品質微結晶膜が得られた。As a result, a 30% increase in the film formation rate in the first embodiment was observed. In addition, the crystallization rate is higher than that of the first embodiment,
A high quality microcrystalline film was obtained.
【０１０２】なお、この第５の実施形態では、マイクロ
波発生装置と、インダクションプラズマ装置の切換えを
想定しているが、他の種類のプラズマ発生装置を用いて
もよい。さらに、直流グロー放電によるプラズマ発生装
置に切換え、選択できるようにしてもよい。In the fifth embodiment, switching between the microwave generator and the induction plasma device is assumed, but another type of plasma generator may be used. Further, the apparatus may be switched to a plasma generator using DC glow discharge so that the apparatus can be selected.
【０１０３】また、この図６に示す第５の実施形態で
は、磁石１３を配設しているが、この配設を省略しても
よい。また、図４に示す棒状電極１ａを付加してもよ
い。また、ノズル１０の配設を省略してもよい。Although the magnet 13 is provided in the fifth embodiment shown in FIG. 6, this provision may be omitted. Further, a rod-shaped electrode 1a shown in FIG. 4 may be added. Further, the arrangement of the nozzle 10 may be omitted.
【０１０４】以上説明した実施形態では、説明の便宜の
ために、プラズマ発生室８の下壁８ｂに、１つの開口部
８ｃを設け、この開口部８ｃに１つのノズル１０を挿着
する場合を想定しているが、図７に示すように、基板の
面積が大きくなるに応じて、プラズマ発生室８の下壁８
ｂに多数の開口部８ｃ…を設け、これら各開口部８ｃ…
にそれぞれノズル１０…を設けるようにしてもよい。こ
れによって、大面積の基板５´の表面の各箇所に、各ノ
ズル１０からのプラズマジェット流４″をそれぞれ噴射
させることができ、大面積基板５´の成膜を一度に、作
業効率よく行うことができる。In the above-described embodiment, for convenience of explanation, there is a case where one opening 8c is provided in the lower wall 8b of the plasma generating chamber 8 and one nozzle 10 is inserted into the opening 8c. Although it is assumed, as shown in FIG. 7, as the area of the substrate becomes larger, the lower wall 8 of the plasma generation chamber 8 becomes smaller.
b are provided with a large number of openings 8c.
May be provided with nozzles 10. Thus, the plasma jet stream 4 ″ can be ejected from each nozzle 10 to each location on the surface of the large-area substrate 5 ′, and the large-area substrate 5 ′ can be formed at one time with high work efficiency. be able to.
【０１０５】この図７の装置では、プラズマ発生室８の
下壁８ｂのＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ距離Ｄづつ離
間されて、開口部８ｃが形成されており、各開口部８ｃ
に超音速ノズル１０が螺合により挿着されている。な
お、この図７の装置では、磁石１３を各ノズル１０に装
着するようにしているが、この磁石１３の配設は省略し
てもよい。In the apparatus shown in FIG. 7, openings 8c are formed in the lower wall 8b of the plasma generating chamber 8 at intervals of a distance D in the X-axis direction and the Y-axis direction.
A supersonic nozzle 10 is screwed into the nozzle. Although the magnet 13 is mounted on each nozzle 10 in the apparatus shown in FIG. 7, the arrangement of the magnet 13 may be omitted.
【０１０６】この場合上記（２）式と同様に、プラズマ
発生室８の最大断面積Ａpに対する各ノズル１０の最小
断面積ＡNiの総和の比は、下記（３）式に示すように１
/２以下となることが望ましい。In this case, as in the above equation (2), the ratio of the sum of the minimum sectional area ANi of each nozzle 10 to the maximum sectional area Ap of the plasma generating chamber 8 is 1 as shown in the following equation (3).
/ 2 or less is desirable.
【０１０７】 つぎに、図７に示すような多数のノズル１０を配設した
場合の実験結果について述べる。実験では、図１に示す
第１の実施形態の装置構成においてノズル１０を１００
個設け、以下のような条件とした。[0107] Next, an experimental result in the case where a large number of nozzles 10 are arranged as shown in FIG. 7 will be described. In the experiment, the nozzle 10 was set to 100 in the apparatus configuration of the first embodiment shown in FIG.
And the following conditions were satisfied.
【０１０８】ノズル１０のスロート部１０ａの直径：７
ｍｍ、 ノズル１０の出口の直径：１２ｍｍ、 設計マッハ数：２．６、 磁石１３による中心磁場強度：１０００Ｇａｕｓｓ、 水素流量：８００ｃｃ/ｍｉｎ、 シラン流量：６０ｃｃ/ｍｉｎ、 投入Ｒ．Ｆ．パワー：３００Ｗ（１３．５６ＭＨz） ノズル１０と基板５´間の距離：１５ｍｍ、 基板５の表面温度：２００°Ｃ ただし、ノズル１０、１０間の距離Ｄは２０ｍｍとし、
下壁８ｂに１０行１０列で配置させた。また、基板５
は、石英ガラスとして、寸法は２００ｍｍ×２００ｍｍ
とした。Diameter of throat portion 10a of nozzle 10: 7
mm, outlet diameter of the nozzle 10: 12 mm, design Mach number: 2.6, central magnetic field strength by the magnet 13: 1000 Gauss, hydrogen flow rate: 800 cc / min, silane flow rate: 60 cc / min, input R. F. Power: 300 W (13.56 MHz) Distance between the nozzle 10 and the substrate 5 ′: 15 mm, Surface temperature of the substrate 5: 200 ° C. However, the distance D between the nozzles 10 and 10 is 20 mm,
They were arranged on the lower wall 8b in 10 rows and 10 columns. Also, the substrate 5
Is 200 mm x 200 mm as quartz glass
And
【０１０９】この結果、石英ガラス基板５´上ほぼ全面
にわたり、膜厚、膜質の均一な高品質微結晶シリコン薄
膜の生成が認められた。As a result, it was confirmed that a high-quality microcrystalline silicon thin film having a uniform thickness and quality was formed over almost the entire surface of the quartz glass substrate 5 '.
【０１１０】図７に示す装置では、プラズマ発生室８の
下壁８ｂのＸ軸方向、Ｙ軸方向にそれぞれ距離Ｄづつ離
間させてノズル１０を配設しているが、図８に示すよう
に、プラズマ発生室８の下壁８ｂのＸ軸方向の各位置
に、Ｙ軸方向に長い開口部８ｃ´を形成して、これら各
開口部８ｃ´に、それぞれＹ軸方向に長いノズル１０´
を挿着させてもよい。この図８に示す装置構成によれ
ば、図７の装置構成と比較して開口部８ｃ´の形状を単
純化でき加工を容易に行うことができるとともに開口部
８ｃ´の数、ノズル１０´の数を少なくできるので、製
造コストを抑えることができる。In the apparatus shown in FIG. 7, the nozzles 10 are arranged at a distance D in the X-axis direction and the Y-axis direction of the lower wall 8b of the plasma generation chamber 8, respectively, as shown in FIG. In the lower wall 8b of the plasma generation chamber 8, openings 8c 'which are long in the Y-axis direction are formed at respective positions in the X-axis direction, and the nozzles 10' which are long in the Y-axis direction are respectively formed in these openings 8c '.
May be inserted. According to the apparatus configuration shown in FIG. 8, the shape of the opening 8c 'can be simplified and processing can be easily performed as compared with the apparatus configuration of FIG. 7, and the number of openings 8c' and the number of nozzles 10 'can be reduced. Since the number can be reduced, the manufacturing cost can be reduced.
【０１１１】なお、図７、図８に示す装置において、ノ
ズル１０、１０´の配設を省略して、多数の開口部８
ｃ、８ｃ´を介してプラズマジェット流４″を基板５´
の表面の各箇所に噴射させてもよい。In the apparatus shown in FIGS. 7 and 8, the arrangement of the nozzles 10 and 10 'is omitted, and a large number of openings 8 are provided.
c, 8c 'to the plasma jet stream 4 "
May be sprayed on each part of the surface of the.
【０１１２】また、上述した実施形態では、両放電電極
１、２に、交流の電圧を印加する場合を想定している
が、直流の電圧を印加してもよい。Further, in the above-described embodiment, it is assumed that an AC voltage is applied to both the discharge electrodes 1 and 2, but a DC voltage may be applied.
【０１１３】また、上述した実施形態では、シリコン薄
膜を成膜する場合を想定しているが、薄膜の種類は任意
であり、ダイヤモンド薄膜を成膜加工する場合にも適用
することができる。In the above-described embodiment, the case where a silicon thin film is formed is assumed, but the type of the thin film is arbitrary, and the present invention can be applied to the case where a diamond thin film is formed.
【０１１４】さらに、本発明としては成膜という表面処
理に限定されることなく、エッチング、酸化、窒化等の
各種表面処理に適用することができる。Further, the present invention is not limited to the surface treatment of film formation, but can be applied to various surface treatments such as etching, oxidation and nitriding.
【０１１５】以上説明した実施形態では、プラズマ発生
室８と成膜室９とを、両放電電極１、２のうちで成膜室
９に近い方の放電電極２に形成した連通路によって連通
させている。この連通路は、図１０（ａ）〜（ｅ）に例
示する各種態様のいずれであってもよい。In the embodiment described above, the plasma generation chamber 8 and the film formation chamber 9 are communicated with each other by the communication passage formed in the discharge electrode 2 closer to the film formation chamber 9 among the two discharge electrodes 1 and 2. ing. This communication path may be any of various modes illustrated in FIGS. 10 (a) to 10 (e).
【０１１６】図１０（ａ）は、図２で説明したように、
プラズマ発生室８と成膜室９とを画成する壁８ｂを放電
電極２と一体のものとして、この放電電極２に形成され
た孔８ｃを上記連通路としたものである。FIG. 10 (a) shows, as explained in FIG.
The wall 8b that defines the plasma generating chamber 8 and the film forming chamber 9 is integrated with the discharge electrode 2, and the hole 8c formed in the discharge electrode 2 is used as the communication path.
【０１１７】図１０（ｂ）、（ｃ）は、図１で説明した
ように、プラズマ発生室８と成膜室９とを画成する壁８
ｂを放電電極２と一体のものとして、この放電電極２に
配設したノズル１０、１０´を上記連通路としたもので
ある。図１０（ｂ）はノズル１０が絶縁体の場合を示し
ており、図１０（ｃ）はノズル１０´が電極２と電気的
に接触している場合を示している。FIGS. 10B and 10C show the structure of the wall 8 defining the plasma generating chamber 8 and the film forming chamber 9 as described with reference to FIG.
b is integrated with the discharge electrode 2, and the nozzles 10, 10 ′ disposed on the discharge electrode 2 are used as the communication paths. FIG. 10B shows a case where the nozzle 10 is an insulator, and FIG. 10C shows a case where the nozzle 10 ′ is in electrical contact with the electrode 2.
【０１１８】図１０（ｄ）は、プラズマ発生室８と成膜
室９とを画成する壁８ｂと、放電電極２´とを別体のも
のとして、この放電電極２´に、ガス４´を通過させる
通路をメッシュ状に形成している。この放電電極２´に
形成したメッシュ状の通路を、上記連通路としたもので
ある。壁８ｂにはガス４´を通過させる孔８ｃが形成さ
れている。FIG. 10 (d) shows a structure in which a wall 8b defining a plasma generation chamber 8 and a film forming chamber 9 and a discharge electrode 2 'are separated from each other, and a gas 4' is applied to the discharge electrode 2 '. Is formed in a mesh shape. The mesh-shaped passage formed in the discharge electrode 2 'is the communication passage. A hole 8c through which the gas 4 'passes is formed in the wall 8b.
【０１１９】図１０（ｅ）は、プラズマ発生室８と成膜
室９とを画成する壁８ｂを、放電電極２´と一体のもの
として、この放電電極２´に、ガス４´を通過させる通
路をメッシュ状に形成している。この放電電極２´に形
成したメッシュ状の通路を、上記連通路としたものであ
る。FIG. 10 (e) shows that a wall 8b defining a plasma generating chamber 8 and a film forming chamber 9 is integrated with a discharge electrode 2 ', and a gas 4' is passed through the discharge electrode 2 '. The passage to be formed is formed in a mesh shape. The mesh-shaped passage formed in the discharge electrode 2 'is the communication passage.
【図１】図１（ａ）は本発明の第１の実施形態の装置構
成を示す図であり、図１（ｂ）はノズルとプラズマ発生
室の寸法の関係を説明する図である。FIG. 1A is a diagram showing a configuration of an apparatus according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a diagram illustrating a relationship between dimensions of a nozzle and a plasma generation chamber.
【図２】図２は本発明の第１の実施形態の変形例を示す
図である。FIG. 2 is a diagram showing a modification of the first embodiment of the present invention.
【図３】図３（ａ）は本発明の第２の実施形態の装置構
成を示す図であり、図３（ｂ）はノズル内に形成される
磁力線を説明する図である。FIG. 3A is a diagram illustrating a device configuration according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3B is a diagram illustrating magnetic lines of force formed in a nozzle.
【図４】図４は本発明の第３の実施形態の装置構成を示
す図である。FIG. 4 is a diagram showing a device configuration of a third embodiment of the present invention.
【図５】図５は本発明の第４の実施形態の装置構成を示
す図である。FIG. 5 is a diagram showing a device configuration of a fourth embodiment of the present invention.
【図６】図６は本発明の第５の実施形態の装置構成を示
す図である。FIG. 6 is a diagram showing a device configuration according to a fifth embodiment of the present invention.
【図７】図７は多数のノズルを配設した装置構成を示す
斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing an apparatus configuration in which a number of nozzles are provided.
【図８】図８は多数のノズルを配設した他の装置構成を
示す斜視図である。FIG. 8 is a perspective view showing another device configuration in which a number of nozzles are provided.
【図９】図１０は従来の平行平板型（容量結合型）のプ
ラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a configuration of a conventional parallel plate type (capacitively coupled type) plasma CVD apparatus.
【図１０】図１０（ａ）〜（ｅ）は、プラズマ発生室の
ガスを成膜室に導く連通路を例示する図である。FIGS. 10A to 10E are diagrams illustrating a communication path for guiding gas in a plasma generation chamber to a film formation chamber.
１、２、２´ 放電電極 １ａ 棒状電極 ３ 電源 ４´ プラズマ化されたガス ４″ プラズマジェット ５ 基板 ８ プラズマ発生室（放電室） ８ｂ 下壁 ９ 成膜室（表面処理室） １０ ノズル（超音速ノズル） １３ 磁石（磁力線発生手段） １４ キャリアガス １５ 管路 １６ ガス淀み室 １７ 噴出孔 1, 2, 2 'Discharge electrode 1a Rod electrode 3 Power supply 4' Plasma gas 4 "Plasma jet 5 Substrate 8 Plasma generation chamber (discharge chamber) 8b Lower wall 9 Film formation chamber (surface treatment chamber) 10 Nozzle (super Sonic nozzle) 13 Magnet (magnetic field line generating means) 14 Carrier gas 15 Pipeline 16 Gas stagnation chamber 17 Jet hole
Claims (10)
放電を行うことにより、ガスをプラズマ化し、このプラ
ズマ化したガスを基板に導くことにより、当該基板を前
記ガスにより表面処理する表面処理装置において、 前記両放電電極間で放電を行う放電室と、前記ガスが導
かれることにより前記基板を表面処理する表面処理室と
を分離するとともに、 前記放電室と前記表面処理室とを、前記両放電電極のう
ちで前記表面処理室に近い方の放電電極に形成した連通
路によって連通させて、前記放電室で生成されたプラズ
マ化されたガスを、前記連通路を介して前記表面処理室
に導くようにしたことを特徴とする表面処理装置。1. A surface treatment in which a gas is turned into plasma by discharging between two discharge electrodes provided to face each other, and the gasified gas is guided to a substrate, whereby the substrate is surface-treated with the gas. In the device, a discharge chamber that performs discharge between the two discharge electrodes and a surface treatment chamber that performs surface treatment on the substrate by introducing the gas are separated, and the discharge chamber and the surface treatment chamber, Among the two discharge electrodes, the plasma processing gas generated in the discharge chamber is communicated with the surface treatment chamber through the communication path formed by the communication path formed in the discharge electrode closer to the surface treatment chamber. A surface treatment apparatus characterized by being guided to
放電を行うことにより、ガスをプラズマ化し、このプラ
ズマ化したガスを基板に導くことにより、当該基板を前
記ガスにより表面処理する表面処理装置において、 前記両放電電極間で放電を行う放電室と、前記ガスが導
かれることにより前記基板を表面処理する表面処理室と
を分離するとともに、 前記放電室と前記表面処理室とを、前記両放電電極のう
ちで前記表面処理室に近い方の放電電極に配設したノズ
ルによって連通させて、前記放電室で生成されたプラズ
マ化されたガスを、前記ノズルを介して、前記表面処理
室に噴出させるようにしたことを特徴とする表面処理装
置。2. A surface treatment in which a gas is converted into plasma by performing discharge between two discharge electrodes provided opposite to each other, and the plasma-converted gas is guided to a substrate, whereby the substrate is subjected to a surface treatment with the gas. In the device, a discharge chamber that performs discharge between the two discharge electrodes and a surface treatment chamber that performs surface treatment on the substrate by introducing the gas are separated, and the discharge chamber and the surface treatment chamber, Of the two discharge electrodes, the nozzles disposed on the discharge electrode closer to the surface treatment chamber communicate with each other, and the plasma gas generated in the discharge chamber is passed through the nozzle to the surface treatment chamber. A surface treatment apparatus characterized in that the surface is spouted.
し、前記放電室の最大断面積をＡpとしたとき、これら
の比ＡN/Ａpを、 ＡN/Ａp≦１/２ に設定したことを特徴とする請求項２記載の表面処理装
置。3. When the minimum cross-sectional area of the nozzle is AN and the maximum cross-sectional area of the discharge chamber is Ap, the ratio AN / Ap is set to AN / Ap ≦ 1/2. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein
り、この超音速ノズルによって、前記放電室内のプラズ
マ化したガスを、超音速プラズマジェット流として、前
記表面処理室に噴出するようにしたことを特徴とする請
求項２記載の表面処理装置。4. The method according to claim 1, wherein the nozzle is a supersonic nozzle, and the supersonic nozzle jets a plasma gas in the discharge chamber into the surface treatment chamber as a supersonic plasma jet stream. 3. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein:
棒状の電極を接続し、この棒状の電極を前記ノズル内に
挿入させるようにした請求項２記載の表面処理装置。5. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein a rod-shaped electrode is connected to an anode electrode of said discharge electrodes, and said rod-shaped electrode is inserted into said nozzle.
て磁力線が形成されるように、磁力線発生手段をさらに
具えるようにした請求項２記載の表面処理装置。6. The surface treatment apparatus according to claim 2, further comprising a magnetic field line generating means so that the magnetic field lines are formed along the gas flow in the nozzle.
板に搬送するためのキャリアガスを供給するとともに、
前記ノズルの管路の途中から、前記原料ガスを供給し、
放電室内でプラズマ化され、活性化されたキャリアガス
によって前記原料ガスを加熱してプラズマ化するように
したことを特徴とする請求項２記載の表面処理装置。7. Supplying a carrier gas for transporting a source gas to the substrate into the discharge chamber,
From the middle of the pipe line of the nozzle, supply the raw material gas,
3. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein the raw material gas is heated by a carrier gas which is turned into plasma in the discharge chamber and activated, and turned into plasma.
請求項２記載の表面処理装置。8. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein a plurality of the nozzles are provided.
ギーをガスに与えることにより、当該ガスをプラズマ化
し、このプラズマ化したガスを基板に導くことにより、
当該基板を前記ガスにより表面処理する表面処理装置に
おいて、 前記電磁波の周波数を変更する手段を具え、 前記変更された周波数の電磁波によるエネルギーをガス
に与えることによってプラズマ化されたガスを生成する
プラズマ生成室と、前記ガスが導かれることにより前記
基板を表面処理する表面処理室とを分離するとともに、 前記プラズマ生成室と前記表面処理室とを、連通路によ
って連通して、前記プラズマ生成室で生成されたガス
を、前記連通路を介して、前記表面処理室に導くように
したことを特徴とする表面処理装置。9. A method according to claim 9, wherein the gas is given energy by electromagnetic waves of a predetermined frequency to convert the gas into a plasma, and the plasma-converted gas is guided to a substrate.
In a surface treatment apparatus for performing a surface treatment on the substrate with the gas, a device for changing a frequency of the electromagnetic wave is provided, and a plasma is generated by applying energy by the electromagnetic wave of the changed frequency to the gas to generate a gas that has been turned into a plasma. A chamber and a surface treatment chamber for treating the substrate by introducing the gas are separated from each other, and the plasma generation chamber and the surface treatment chamber are communicated with each other through a communication path to be generated in the plasma generation chamber. A surface treatment apparatus characterized in that the supplied gas is led to the surface treatment chamber through the communication passage.
で放電を行うことにより、ガスをプラズマ化し、このプ
ラズマ化したガスを基板に導くことにより、当該基板を
前記ガスにより表面処理する表面処理方法において、 前記両放電電極間で放電を行う放電行程と、 前記両放電電極間の放電によって生成されたプラズマ化
したガスを、前記両放電電極のうちで前記基板に近い方
の放電電極に形成された連通路を通過させて、前記基板
上に導き、当該基板を表面処理する表面処理行程とを具
えた表面処理方法。10. A surface treatment for plasma-treating a gas by performing discharge between two discharge electrodes provided opposite to each other and guiding the plasma-converted gas to a substrate, thereby subjecting the substrate to a surface treatment with the gas. In the method, a discharge step of performing a discharge between the two discharge electrodes, and forming a plasma gas generated by the discharge between the two discharge electrodes on a discharge electrode closer to the substrate among the two discharge electrodes. A surface treatment step of passing through the established communication path, guiding the substrate onto the substrate, and surface-treating the substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10142498A JPH11293469A (en) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | Surface treating device and surface treating method |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP10142498A JPH11293469A (en) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | Surface treating device and surface treating method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11293469A true JPH11293469A (en) | 1999-10-26 |
Family
ID=14300335
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10142498A Withdrawn JPH11293469A (en) | 1998-04-13 | 1998-04-13 | Surface treating device and surface treating method |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JPH11293469A (en) |
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