JP3377773B2 - Power supply method to discharge electrode, high-frequency plasma generation method, and semiconductor manufacturing method - Google Patents
Power supply method to discharge electrode, high-frequency plasma generation method, and semiconductor manufacturing methodInfo
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
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- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や薄膜ト
ランジスタなどに用いられるアモルファスシリコン、微
結晶シリコン、多結晶薄膜シリコン、窒化シリコンなど
の半導体の製膜や、半導体膜のエッチングに用いられる
高周波プラズマ発生装置の放電電極への給電方法、およ
び、これを用いたプラズマ発生方法および半導体製造方
法に関する。また、放電を用いた各種の表面処理にも用
いることができる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to film formation of semiconductors such as amorphous silicon, microcrystalline silicon, polycrystalline thin film silicon and silicon nitride used for solar cells and thin film transistors, and high frequency plasma used for etching semiconductor films. The present invention relates to a method for supplying power to a discharge electrode of a generator, a plasma generation method and a semiconductor manufacturing method using the same. It can also be used for various surface treatments using discharge.
【0002】[0002]
【従来の技術】上記高周波プラズマ発生装置の構成とそ
れを用いた半導体の製造方法の例として、アモルファス
シリコン半導体薄膜(以下、a−Siという)をプラズ
マ化学蒸着装置(以下PCVD装置という)にて製造す
る場合について、平行平板型電極を用いた場合と、
ラダー電極を用いた場合の2つの場合の代表例を挙げて
説明する。2. Description of the Related Art As an example of the structure of the above high-frequency plasma generator and the method of manufacturing a semiconductor using the same, an amorphous silicon semiconductor thin film (hereinafter referred to as a-Si) is used in a plasma chemical vapor deposition device (hereinafter referred to as PCVD device). Regarding the case of manufacturing, when using parallel plate type electrodes,
A typical example of two cases using a ladder electrode will be described.
【0003】図8はa−Si製膜にごく一般に用いられ
るの平行平板型電極を用いた装置の一構成例を示して
いる。反応容器1内に基板ヒータ2を設置し、電気的に
接地する。基板ヒータ2と対向した位置に、基板ヒータ
2からたとえば20mm離して平板電極3を設置する。
平板電極3には外部の高周波電源4をインピーダンス整
合器5および同軸ケーブル6を介して接続する。平板電
極3には基板ヒータ2と対向する面と反対側に不要なプ
ラズマが生成しないようにアースシールド8を設置す
る。FIG. 8 shows an example of the construction of an apparatus using parallel plate type electrodes, which are generally used for a-Si film formation. The substrate heater 2 is installed in the reaction container 1 and electrically grounded. The plate electrode 3 is installed at a position facing the substrate heater 2 at a distance of, for example, 20 mm from the substrate heater 2.
An external high frequency power supply 4 is connected to the plate electrode 3 via an impedance matching device 5 and a coaxial cable 6. An earth shield 8 is installed on the plate electrode 3 on the side opposite to the surface facing the substrate heater 2 so that unnecessary plasma is not generated.
【0004】a−Si製膜は以下の手順で行う。まず、
たとえば200℃に設定した基板ヒータ2上にa−Si
薄膜を製膜する基板16を設置する。ガス供給管17か
らSiH4ガスをたとえば流速50sccmで導入し、
真空排気管18に接続した図示しない真空ポンプ系の排
気速度を調整することで反応容器1内の圧力をたとえば
100mTorrに調節する。高周波電力を供給し、基
板16と平板電極3の間にプラズマを発生させる。高周
波電力が効率良くプラズマ発生部に供給されるようにイ
ンピーダンス整合器5を調整する。プラズマ19中では
SiH4が分解し、基板16表面にa−S模が製膜され
る。たとえば10分間程度この状態で製膜を行うことに
より必要な厚さのa−Si膜が製膜される。The a-Si film is formed by the following procedure. First,
For example, on the substrate heater 2 set to 200 ° C., a-Si
A substrate 16 for forming a thin film is installed. SiH 4 gas is introduced at a flow rate of 50 sccm from the gas supply pipe 17,
The pressure in the reaction vessel 1 is adjusted to, for example, 100 mTorr by adjusting the exhaust speed of a vacuum pump system (not shown) connected to the vacuum exhaust pipe 18. High-frequency power is supplied to generate plasma between the substrate 16 and the plate electrode 3. The impedance matching device 5 is adjusted so that the high frequency power is efficiently supplied to the plasma generating unit. SiH 4 is decomposed in the plasma 19 to form an aS model on the surface of the substrate 16. For example, by performing film formation in this state for about 10 minutes, an a-Si film having a required thickness is formed.
【0005】図9はのラダー電極303を用いた装置
の一構成例を示している。ラダー電極についてはたとえ
ば特開平4−236781号公報に詳細が報告されてい
る。図10はラダー電極303の構造がよく分かるよう
に図9のA方向から描いた図である。また、ラダー電極
を発展させた電極形状として、ラダー電極のように複数
の電極棒を平行に並べた電極群を2つ直行させて配置さ
せた網目状の電極がたとえば特開平11−111622
号公報に報告されているが、これもラダー電極の一種と
考えられ、同様に用いることができる。FIG. 9 shows a structural example of an apparatus using the ladder electrode 303 shown in FIG. Details of the ladder electrode are reported in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-236781. FIG. 10 is a view drawn from the direction A in FIG. 9 so that the structure of the ladder electrode 303 can be seen clearly. Further, as an electrode shape obtained by developing a ladder electrode, a mesh electrode in which two electrode groups in which a plurality of electrode rods are arranged in parallel, such as a ladder electrode, are arranged orthogonally is, for example, JP-A-11-111622.
This is also considered to be a kind of ladder electrode, and can be used similarly.
【0006】反応容器1内に基板ヒータ2(図10には
図示していない)を設置し、電気的に接地する。基板ヒ
ータ2と対向した位置に、基板ヒータ2からたとえば2
0mm離してラダー電極303を設置する。ラダー電極
303には外部の高周波電源4をインピーダンス整合器
5および同軸ケーブル6を介して接続する。ラダー電極
303には基板ヒータ2と対向する面と反対側に不要な
プラズマが生成しないようにアースシールド308を設
置する。A substrate heater 2 (not shown in FIG. 10) is installed in the reaction vessel 1 and electrically grounded. At a position facing the substrate heater 2, from the substrate heater 2 to, for example, 2
The ladder electrode 303 is installed at a distance of 0 mm. An external high frequency power source 4 is connected to the ladder electrode 303 via an impedance matching device 5 and a coaxial cable 6. An earth shield 308 is installed on the ladder electrode 303 on the side opposite to the surface facing the substrate heater 2 so that unnecessary plasma is not generated.
【0007】a−Si製膜は以下の手順で行う。まず、
たとえば200℃に設定した基板ヒータ2上にa−Si
膜を製膜する基板16を設置する。ガス供給管17から
SiH4ガスをたとえば流速50sccmで導入し、真
空排気管18に接続した図示しない真空ポンプ系の排気
速度を調整することで反応容器1内の圧力をたとえば1
00mTorrに調節する。高周波電力を供給し、基板
16とラダー電極303の間にプラズマを発生させる。
高周波電力が効率良くプラズマ319発生部に供給され
るようにインピーダンス整合器5を調整する。プラズマ
319中ではSiH4が分解し、基板16にa−Si膜
が製膜される。たとえば10分程度この状態で製膜を行
うことにより必重な厚さのa−Si膜が製膜される。The a-Si film is formed by the following procedure. First,
For example, on the substrate heater 2 set to 200 ° C., a-Si
A substrate 16 for forming a film is installed. SiH 4 gas is introduced from the gas supply pipe 17 at a flow rate of, for example, 50 sccm, and the evacuation speed of a vacuum pump system (not shown) connected to the evacuation pipe 18 is adjusted to adjust the pressure in the reaction vessel 1 to 1
Adjust to 00 mTorr. High-frequency power is supplied to generate plasma between the substrate 16 and the ladder electrode 303.
The impedance matching device 5 is adjusted so that the high frequency power is efficiently supplied to the plasma 319 generation unit. SiH 4 is decomposed in the plasma 319, and an a-Si film is formed on the substrate 16. For example, by performing film formation in this state for about 10 minutes, an a-Si film having a necessary thickness is formed.
【0008】本構成例は図8の構成例と比較して、以下
の2点の特徴がある。第一の特徴は、電極として平板電
極を用いず、円形断面の電極捧を梯子型に組んだラダー
型と呼ばれる電極を用いていることである。本電極は電
極棒の間を原料のSiH4ガスが自由に流れるので、原
料供給が均一に行われるという特徴を持つ。第二の特徴
は、給電を電極の1箇所に行うのではなく、複数(ここ
では4点)箇所に行っていることである。This configuration example has the following two features as compared with the configuration example of FIG. The first feature is that instead of using a flat plate electrode as an electrode, an electrode called a ladder type in which electrode members having a circular cross section are assembled into a ladder type is used. This electrode has a feature that the raw material SiH 4 gas freely flows between the electrode rods, so that the raw material can be uniformly supplied. The second feature is that the power is not supplied to one place of the electrode, but to a plurality of (here, four) places.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】現在、上記技術を用い
て作製される太陽電池用薄膜半導体、フラットパネルデ
ィスプレイ用薄膜トランジスタなどは、高速製膜による
低コスト化、および、低欠陥密度、高結晶化率などの高
品質化が求められている。これら要求を満たす新しいプ
ラズマ生成方法として、高周波電源の高高周波化(30
〜800MHz)がある。高周波化により製膜速度の高
速化と高品質化が両立されることが、たとえば文献Mat.
Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 424, pp.9, 1997に記さ
れている。とくに、a−Siに代る新しい薄膜として注
目されている微結晶Si薄膜の高速高品質製膜にこの高
高周波が適していることが最近分かってきている。Currently, thin-film semiconductors for solar cells, thin-film transistors for flat panel displays, etc., which are manufactured by using the above-mentioned technique, are manufactured at a high speed to reduce costs, and have a low defect density and high crystallization. Higher quality such as rate is required. As a new plasma generation method that meets these requirements, high frequency power supply (30
~ 800 MHz). The fact that both high film formation speed and high quality can be achieved by increasing the frequency is described in, for example, Document Mat.
Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 424, pp. 9, 1997. In particular, it has recently been found that this high frequency is suitable for high-speed and high-quality film formation of a microcrystalline Si thin film, which is attracting attention as a new thin film replacing a-Si.
【0010】ところが、この高高周波による製膜は、均
一大面積製膜が難しいという欠点がある。これは、高高
周波の波長が電極サイズと同程度のオーダーであること
から、電極端などで生じる反射波を主因とする電極上定
在波の発生、浮遊インダクタンスの存在による電圧分布
への影響、プラズマと高周波との相互干渉などでプラズ
マが不均一となり、結果、製膜が不均一になるためであ
る。However, the high-frequency film formation has a drawback that uniform large-area film formation is difficult. This is because the high-high frequency wavelength is of the same order as the electrode size, so the standing wave on the electrode mainly caused by the reflected wave generated at the electrode end, etc., the influence on the voltage distribution due to the presence of stray inductance, This is because the plasma becomes non-uniform due to mutual interference between the plasma and the high frequency, and as a result, the film formation becomes non-uniform.
【0011】平行平板電極を用いた場合の代表例とし
て挙げた上記構成例において、電極サイズが30cm×
30cmを越え、または、周波数が30MHzを越える
と、上記定在波の影響が顕著となり、半導体製膜上最低
限必要な製膜膜厚均一性±10%の達成が困難になる。In the above-mentioned constitutional example given as a typical example using parallel plate electrodes, the electrode size is 30 cm ×
When it exceeds 30 cm or the frequency exceeds 30 MHz, the influence of the standing wave becomes remarkable, and it becomes difficult to achieve the minimum required film thickness uniformity ± 10% for semiconductor film formation.
【0012】図11は、100MHzでの定在波による
電圧分布の1例である。図11には同時にイオン飽和電
流分布も示している。イオン飽和電流分布は、電子密度
分布にほぼ等しく、計測が簡単であるので、一般にプラ
ズマ分布の指標として用いられる。電圧分布を見ると電
極上に定在波が生じており、それに対応してイオン飽和
電流分布すなわちプラズマ分布が不均一になっているこ
とが分かる。FIG. 11 shows an example of voltage distribution due to a standing wave at 100 MHz. FIG. 11 also shows the ion saturation current distribution at the same time. Since the ion saturation current distribution is almost equal to the electron density distribution and is easy to measure, it is generally used as an index of plasma distribution. It can be seen from the voltage distribution that a standing wave is generated on the electrode, and the ion saturation current distribution, that is, the plasma distribution is correspondingly non-uniform.
【0013】一方、ラダー電極を用いた場合の代表例
としてあげた図9、図10は、ラダー電極を用いている
ことに加え、1点給電では顕著に生じてしまう定在波
を、4点に給電することにより低減したことを特徴とす
るものである。しかしながら、この場合でも、電極サイ
ズが30cmを越え、または、周波数が80MHzを越
えると均一な製膜の実現が難しくなってくる。On the other hand, FIG. 9 and FIG. 10 given as typical examples of the case where the ladder electrode is used, in addition to the case where the ladder electrode is used, four standing waves which are remarkably generated by one-point feeding are provided. It is characterized by being reduced by supplying power to the. However, even in this case, if the electrode size exceeds 30 cm or the frequency exceeds 80 MHz, it becomes difficult to realize uniform film formation.
【0014】図12に60MHzおよび100MHzで
4点給電したときのラダー電極上に生じる電圧分布を示
す。60MHzでは比較的均一な電圧分布を示している
が、100MHzでは不均一になってしまっている。ま
た、4点の給電点位置は、試行錯誤的に最適位置を見つ
ける必要があり、非常に手間暇がかかる。さらに、ガス
圧、高周波電力などの製膜条件を変更すると、最適位置
が変ってしまうという問題がある。FIG. 12 shows the voltage distribution generated on the ladder electrode when four points of power are fed at 60 MHz and 100 MHz. At 60 MHz, a relatively uniform voltage distribution is shown, but at 100 MHz, it becomes non-uniform. Further, it is necessary to find the optimum positions of the four feeding points by trial and error, which is very time-consuming. Further, if the film forming conditions such as gas pressure and high frequency power are changed, there is a problem that the optimum position is changed.
【0015】以上のような問題は学会でも注目され、こ
れまでに例えば文献Mat. Res. Soc.Symp. Proc. Vol. 3
77, pp.27, 1995に記されているように、平行平板の給
電側と反対側にロスのないリアクタンス(コイル)を接
続することが提案されている。これは、定在波の電極端
からの反射条件を変えることで、定在波の波形の中で分
布が比較的平らな部分、たとえば正弦波の極大付近を電
極上に発生させて、電極に生じる電圧分布を少なくする
ものである。しかしながら、この方法は定在波を根本か
ら無くすのではなく、正弦波のうち平らな部分が電極上
に発生するようにするだけであるため、均一部分が得ら
れるのは高周波の波長の1/8程度までであり、それを
越える範囲の均一化は原理的に不可能である。図13に
100MHzで平行平板電極の一端をロスのないリアク
タンス(コイル)で終端したときの電圧分布を示す。こ
のように、終端端から30cm程度離れた領域の電圧分
布は均一であるが、それ以上離れた領域での電圧分布は
不均一になってしまっており、この領域に対応する部分
は製膜に用いることができない。The above-mentioned problems have attracted attention at academic societies, and so far, for example, the document Mat. Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 3
77, pp.27, 1995, it has been proposed to connect a lossless reactance (coil) to the opposite side of the parallel plate from the feeding side. This is because by changing the reflection condition from the electrode end of the standing wave, a part of the standing wave waveform with a relatively flat distribution, for example, the vicinity of the maximum of a sine wave, is generated on the electrode and It is intended to reduce the generated voltage distribution. However, this method is not eliminate the standing waves fundamentally, since the flat portion of the sine wave is only to be generated on the electrode, the uniform portion is obtained in the wavelength of the high frequency 1 / It is up to about 8 and it is impossible in principle to make the range beyond that uniform. FIG. 13 shows a voltage distribution when one end of the parallel plate electrode is terminated with a lossless reactance (coil) at 100 MHz. In this way, the voltage component in the region about 30 cm away from the terminal end
Although the cloth is uniform, the voltage distribution in the area further apart is not uniform, and the portion corresponding to this area cannot be used for film formation.
【0016】以上のように、高高周波を用いたプラズマ
発生において、従来の技術では、1m×1mを越えるよ
うな非常に大きな基板を対象として、大面積で均一なプ
ラズマを発生し、均一処理を行うことはできなかった。As described above, in plasma generation using high frequency, in the conventional technique, a very large substrate having a size of 1 m × 1 m or more is generated, a uniform plasma is generated in a large area, and uniform treatment is performed. I couldn't do it.
【0017】なお、本発明の類似技術として、2つのこ
となる高周波を2つの放電電極にそれぞれ供給する技術
があり、たとえば、M. Noisan, J. Pelletier, ed., "M
icrowave Excited Plasmas"、Technology, 4, second i
mpression, pp.401, Elsevier Science B.V. 1999に詳
述されている。As a technique similar to the present invention, there is a technique for supplying two different high frequencies to two discharge electrodes, for example, M. Noisan, J. Pelletier, ed., "M.
icrowave Excited Plasmas ", Technology, 4, second i
mpression, pp. 401, Elsevier Science BV 1999.
【0018】しかし、この技術の目的は、1つの高周波
をプラズマ生成のために、他方の高周波を絶縁性の基板
の表面バイアス電圧の制御のために用い、基板への活性
イオン等の流入量および入射エネルギーを制御すること
であり、本発明の1m×1mを越えるような非常に大き
な基板を対象として、大面積で均一なプラズマを発生
し、均一処理を行う目的とは全く異なるものである。However, the purpose of this technique is to use one high frequency wave for plasma generation and the other high frequency wave for controlling the surface bias voltage of the insulating substrate, and to determine the inflow amount of active ions and the like into the substrate. This is to control the incident energy, which is completely different from the object of the present invention to generate a uniform plasma in a large area and perform a uniform treatment for a very large substrate exceeding 1 m × 1 m.
【0019】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであって、高高周波(VHF)を利用するプラズ
マCVDにおいて、大きな基板を対象として、大面積で
均一なプラズマを生成させ、均一処理を行うことができ
る放電電極への給電方法、高周波プラズマ生成装置およ
び半導体薄膜製造方法を提供することを目的とする。The present invention has been made in order to solve the above problems, and in plasma CVD utilizing high frequency (VHF), a large substrate is used to generate a uniform plasma over a large area for uniform treatment. It is an object of the present invention to provide a method for supplying power to a discharge electrode, a high-frequency plasma generation device, and a semiconductor thin film manufacturing method that can perform the above.
【0020】[0020]
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する高周
波放電電極の発明の第1は、こうした事情を考慮し、電
極上に生じる定在波の発生を原理的に無くし、電圧分布
を均一にすることによって、1m×1mを越える非常に
大きなサイズの基板に対しても均一な製膜をすべく考案
されたものである。The first aspect of the invention of a high-frequency discharge electrode for solving the above-mentioned problems is to eliminate the standing wave generated on the electrode in principle and to make the voltage distribution uniform in consideration of such circumstances. By doing so, it was devised to form a uniform film even on a substrate having a very large size exceeding 1 m × 1 m.
【0021】高高周波でのプラズマ密度の不均一発生原
因としては、上記のように、電極上定在波の発生、浮遊
インダクタンスの存在による電圧分布への影響、プラズ
マと高周波との相互干渉などが考えられてきたが、発明
者らはこれを鋭意検討した結果、発明が解決しようとす
る課題に記したように、電極上の定在波発生が主因であ
ることを見いだした。そこで、定在波の発生を原理的に
無くす手段として、電極に2つの周波数を供給してピー
トを生じさせることを考えた。The causes of non-uniformity of the plasma density at high frequencies are, as described above, the generation of standing waves on the electrodes, the influence on the voltage distribution due to the presence of stray inductance, and the mutual interference between plasma and high frequencies. Although it has been considered, the inventors of the present invention have diligently studied this, and as a result of the problems to be solved by the invention, found that the main cause is standing wave generation on the electrode. Therefore, as a means for eliminating the generation of standing waves in principle, it was considered to supply two frequencies to the electrodes to generate peat.
【0022】以下に、わかりやすくするため簡単化して
説明する。すなわち、1次元に簡単化し、2つの周波数
を1本の電極の両端から供給する場合を考え、さらに、
それぞれの高周波の波の減衰が無視でき、かつ、それぞ
れの振幅が1で位相定数が等しく、かつ、電極端での反
射が小さく無視できるとすれば、両端から供給される高
周波の波はそれぞれ下式(1)及び(2)で与えられ
る。Below, for simplification, the explanation will be simplified. That is, considering the case of simplifying to one dimension and supplying two frequencies from both ends of one electrode,
If the attenuation of each high frequency wave is negligible, each amplitude is 1 and the phase constant is equal, and the reflection at the electrode end is small and negligible, the high frequency waves supplied from both ends are It is given by equations (1) and (2).
【0023】φ1=cos(ω1t−k1z)……(1)
φ2=cos(ω2t+k2z)……(2)
ここで、ωはそれぞれの波の角周波数(rad/s)、
kは波数(rad/m)、tは時間(s)、zは位置
(m)である。Φ 1 = cos (ω 1 t−k 1 z) (1) φ 2 = cos (ω 2 t + k 2 z) (2) where ω is the angular frequency (rad) of each wave. / S),
k is the wave number (rad / m), t is the time (s), and z is the position (m).
【0024】波数kは、位相速度v(m/s)および角
周波数ωを用いて次式(3)のように表される。The wave number k is expressed by the following equation (3) using the phase velocity v (m / s) and the angular frequency ω.
【0025】k1=ω1/v1,k2=ω2/v2……(3)
電極上の電圧分布φは、これらの波の和、すなわち下式
(4)で表される。K 1 = ω 1 / v 1 , k 2 = ω 2 / v 2 (3) The voltage distribution φ on the electrode is represented by the sum of these waves, that is, the following equation (4).
【0026】
φ=φ1+φ2=cos(ω1t−k1z)+cos(ω2t+k2z)=2co
s(ωavet−kmodz)cos(ωmodt−kavez)……(4)
ただし、
ωave=ω1+ω2/2,ωmod=ω1−ω2/2,
kave=k1+k2/2,kmod=k1−k2/2
まず、ω1=ω2の場合、すなわち、両端から同じ周波数
の高周波を供給した場合を考える。これは、たとえば単
一の電源から高周波電力を2つに分配して供給した場
合、もしくは、単一の発振器からの高周波で複数の高周
波電源を同期させて運転しその出力を供給した場合に相
当する。この場合、電圧分布φは下式(5)で表され
る。Φ = φ 1 + φ 2 = cos (ω 1 t−k 1 z) + cos (ω 2 t + k 2 z) = 2 cos (ω ave t−k mod z) cos (ω mod t−k ave z) ... (4) where, ω ave = ω 1 + ω 2/2, ω mod = ω 1 -ω 2/2, k ave = k 1 + k 2/2, k mod = k 1 -k 2/2 first, Consider the case where ω 1 = ω 2 , that is, the case where high frequencies of the same frequency are supplied from both ends. This is equivalent to, for example, the case where high frequency power is distributed and supplied from a single power source to the two, or a case where a plurality of high frequency power sources are operated in synchronization with the high frequency from a single oscillator and the output is supplied. To do. In this case, the voltage distribution φ is expressed by the following equation (5).
【0027】
φ=2cos(ω1t)cos(−ω1/v1・z)……(5)
上式(5)から、角周波数ω1のキャリア波cos(ω1
t)と、包絡線cos(−ω1/v1・z)からなる定在
波が生じてしまうことが分かる。[0027] φ = 2cos (ω 1 t) cos (-ω 1 / v 1 · z) ...... (5) from the above equation (5), the angular frequency ω 1 of the carrier wave cos (ω 1
It can be seen that a standing wave composed of t) and the envelope cos (−ω 1 / v 1 · z) is generated.
【0028】一方、周波数の違うω1≠ω2の場合には、
下式(6)で電圧分布φが求められる。On the other hand, when ω 1 ≠ ω 2 with different frequencies,
The voltage distribution φ is obtained by the following equation (6).
【0029】
φ=2cos(ωavet−kmodz)cos(ωmodt−kavez)
……(6)
上式(6)から、角周波数ωaveのキャリア波cos
(ωavet−kmodz)と、一般的に「ビート」もしくは
「うなり」と呼ばれる角周波数ωmodの変調波cos
(ωmodt−kavez)となり、変調波は空間的に移動
し、定在波となることがない。Φ = 2 cos (ω ave t−k mod z) cos (ω mod t−k ave z) (6) From the above equation (6), the carrier wave cos of the angular frequency ω ave
(Ω ave t−k mod z) and a modulation wave cos of an angular frequency ω mod generally called “beat” or “beat”
(Ω mod t-k ave z), the modulated wave moves spatially and does not become a standing wave.
【0030】本発明はこの原理に基づきなされたもので
あり、請求項1に記載したように、単一の保持電極に保
持された被処理基板と単一の放電電極とを放電容器内に
離間させて対面配置し、該放電電極と被処理基板との間
に実質的に均一な放電状態を広範囲に発生させる放電電
極への給電方法であって、前記単一の放電電極はラダー
状または網目状をなし、複数の給電点を介して前記単一
の放電電極にそれぞれ異なる発振周波数の高周波を互い
に独立する複数の高周波電源を用いて供給し、前記複数
の高周波電源から発振される発振周波数を20〜200
MHzの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源間の発振
周波数の差を各高周波電源の発振周波数の20%以内と
し、該発振周波数の差により変調波成分を生じさせ、こ
れにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線
成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、前記単一
の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波の発生を
抑制することを特徴とする。また、請求項2に記載した
ように、本発明は、単一の放電電極はラダー状または網
目状をなし、互いに独立する複数の高周波電源ごとに設
けた給電経路からそれぞれ分岐して接続された複数の給
電点群を介して前記単一の放電電極にそれぞれ給電する
際に、前記複数の給電点群の各々に互いに異なる1つの
発振周波数の高周波を供給し、前記複数の高周波電源か
ら発振される発振周波数を20〜200MHzの範囲と
し、かつ前記複数の高周波電源間の発振周波数の差を各
高周波電源の発振周波数の20%以内とし、該発振周波
数の差により変調波成分を生じさせ、これにより前記単
一の放電電極に生じる電圧分布の包絡線成分を前記単一
の放電電極に沿って変位させ、前記単一の放電電極内に
生じる電圧分布としての定在波の発生を抑制することを
特徴とする。このように2つまたはそれ以上の異なる周
波数の高周波を単一の放電電極に供給することにより、
周波数20〜200MHzの高高周波(VHF)を用い
て高速高品質の膜を得ることができ、例えば1m×1m
を越えるような非常に大きな基板サイズを対象とした装
置であっても、放電電極と被処理基板との間の放電領域
での定在波の発生を抑え、均一なプラズマおよび均一な
処理が可能になる。The present invention has been made based on this principle, and as described in claim 1, the substrate to be processed held by the single holding electrode and the single discharge electrode are separated from each other in the discharge vessel. A method of supplying power to a discharge electrode, which is arranged in a face-to-face relationship and generates a substantially uniform discharge state between the discharge electrode and a substrate to be processed in a wide range, wherein the single discharge electrode is a ladder.
-Shaped or mesh-shaped, and the single
Discharge electrode was supplied with a plurality of high-frequency power source for independent frequency different oscillation frequencies from each other, said plurality of
The oscillation frequency oscillated from the high frequency power source of 20 to 200
Oscillation between multiple high frequency power supplies in the MHz range
The frequency difference should be within 20% of the oscillation frequency of each high frequency power supply.
And causes a modulated wave component by the difference of the oscillation frequency, thereby the envelope component of the voltage distribution caused on the single discharge electrode is displaced along said single discharge electrodes, wherein the single
The generation of a standing wave as a voltage distribution generated in the discharge electrode is suppressed. In addition, it is stated in claim 2.
As such, the present invention provides a single discharge electrode in a ladder or mesh.
A set of multiple high-frequency power sources that have an eye shape and are independent of each other.
Multiple feeds that are branched and connected from each
Power is supplied to each of the single discharge electrodes via a group of electric points.
At this time, a different one from each of the plurality of feeding points
Supply high frequency of oscillation frequency,
From the oscillation frequency of 20 to 200 MHz
And the difference in oscillation frequency between the plurality of high frequency power sources
Within 20% of the oscillation frequency of the high frequency power supply,
The difference in number causes a modulated wave component, which
The envelope component of the voltage distribution generated at one discharge electrode is
Displace along the discharge electrode of the
To suppress the generation of standing waves as a voltage distribution that occurs
Characterize. In this way, by supplying two or more high frequencies of different frequencies to a single discharge electrode,
High-speed and high-quality films can be obtained by using a high- frequency wave (VHF) having a frequency of 20 to 200 MHz , for example, 1 m × 1 m.
Even for a device with a very large substrate size that exceeds the limit, generation of standing waves in the discharge area between the discharge electrode and the substrate to be processed can be suppressed, and uniform plasma and uniform processing can be performed. become.
【0031】また、本発明の第二は、2つまたはそれ以
上の電源から高周波を電極に供給するために必要な電源
保護の方法を提供するものである。The second aspect of the present invention is to provide a method for protecting the power supply necessary for supplying high frequency to the electrodes from two or more power supplies.
【0032】また、本発明の第三は、プラズマ発生の周
期を、そのプラズマ処理に必要なプラズマ中の活性分子
などが効率よく発生する周期にすることにより、処理効
率を向上させる方法を提供するものである。The third aspect of the present invention provides a method for improving the processing efficiency by setting the cycle of plasma generation to a cycle in which active molecules in plasma necessary for the plasma processing are efficiently generated. It is a thing.
【0033】また、本発明の第四は、プラズマ発生の周
期をパーティクルの発生の抑制、またはパーティクルの
放電領域からの排出に効果的な周期とすることにより、
パーティクルの低減、膜質の向上、膜圧分布を均一化す
る方法を提供するものである。The fourth aspect of the present invention is to make the period of plasma generation effective for suppressing the generation of particles or discharging the particles from the discharge region.
It is intended to provide a method for reducing particles, improving film quality, and making the film pressure distribution uniform.
【0034】以下、各請求項ごとに詳細を説明する。Details will be described below for each claim.
【0035】前記課題を解決するために請求項1または
2の放電電極への給電方法の発明は、2つの周波数(ω
1≠ω2)を電極に供給する具体的な手段として、複数の
独立した高周波電源を用いることにより定在波の発生防
止という効果を得ることを狙ったものである。通常、た
とえば60MHzの電源を2台用意した場合、それぞれ
に内蔵されている発振器の構成上に固有の相違点が存在
するため、数百kHz程度の発振周波数の違いがあるの
が普通である。一方、各高周波電源間の周波数の差を余
り大きくして、片方の周波数が最適な周波数から大きく
ずれてしまうと、製膜やエッチングの性能が、最適な周
波数の性能から著しく低下してしまうので、これを防止
するため、複数の高周波電源間の周波数の差を、各高周
波電源の発振周波数の20%以内としたものである。し
たがって、この2台の独立した電源間の発振周波数の相
違によりω1≠ω2が自動的に成り立ち、変調波成分co
s(ωmodt−kavez)を生じさせ、これにより包絡線
cos(−ω1/v1・z)成分からなる定在波の発生を
抑制でき、非常に簡単なシステムで課題の解決が図れ
る。In order to solve the above-mentioned problems , claim 1 or
Invention of the feeding method of the second discharge electrodes, the two frequencies (omega
As a concrete means for supplying 1 ≠ ω 2 ) to the electrodes, the aim is to obtain the effect of preventing the occurrence of standing waves by using a plurality of independent high frequency power supplies. Usually, when two power supplies of 60 MHz are prepared, for example, there are inherent differences in the configuration of the oscillators incorporated in each power supply, and therefore there is usually a difference in oscillation frequency of several hundreds of kHz. On the other hand, the frequency difference between each high frequency power source
The frequency of one of the
If they are misaligned, the performance of film formation and etching will not be optimal.
Prevents this because it significantly decreases from the wave number performance
Therefore, the frequency difference between multiple high frequency
It is within 20% of the oscillation frequency of the wave power source. Therefore, ω 1 ≠ ω 2 is automatically established due to the difference in oscillation frequency between the two independent power supplies, and the modulated wave component co
s (ω mod t−k ave z) is generated, which can suppress the generation of a standing wave composed of the envelope cos (−ω 1 / v 1 · z) component, and solve the problem with a very simple system. Can be achieved.
【0036】[0036]
【0037】[0037]
【0038】請求項4は、複数の高周波電源を用いて定
在波を抑制するにあたり、前記の1次元的なモデル化が
当てはまる必要があるが、1つの具体的条件として放電
電極への複数の給電点を互いに対称な位置に配置するこ
とを特徴としたものである。[0038] Claim 4 is, when suppressing the standing wave by using a plurality of high-frequency power source, it is necessary one-dimensional modeling of the apply, a plurality of the discharge electrode as one specific conditions It is characterized in that the feeding points are arranged at positions symmetrical to each other.
【0039】請求項5は、複数の高周波電源を用いて定
在波を抑制するにあたり、当該高周波電源に他の高周波
電源から異なる周波数および位相の高周波が入射し、当
該高周波電源が損傷を受けることを防止することを目的
とし、放電電極と当該高周波電源とのインピーダンス整
合を行う整合器を設け、この整合器と当咳高周波電源と
の間に、サーキュレータおよびダミーロード負荷を有す
るアイソレータを挿入し、このアイソレータで他の高周
波電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減す
ることにより、当該高周波電源を保護することを特徴と
するものである。According to a fifth aspect of the present invention, when suppressing a standing wave by using a plurality of high frequency power supplies, high frequency power supplies of high frequencies having different frequencies and phases from other high frequency power supplies are damaged. For the purpose of preventing, a matching device that performs impedance matching between the discharge electrode and the high frequency power source is provided, and between this matching device and the coughing high frequency power source, an isolator having a circulator and a dummy load load is inserted, This isolator protects the high frequency power source by reducing the incident high frequency power from the other high frequency power source to the high frequency power source.
【0040】請求項6は、実際に容易に製作できるアイ
ソレータの周波数帯域幅が、高周波電力1kW以下にお
いて4%程度であることから、この範囲内でのシステム
構築を考え、各高周波電源の周波数の差を周波数の平均
の4%以内とすることを特徴とするものである。なお、
高周波電力2kW程度では実際に製作できるアイソレー
タの周波数帯域幅が1%程度であることから、各高周波
電源の周波数の差を周波数の平均の1%以内とすること
が好ましい。In the sixth aspect , the frequency bandwidth of the isolator that can be actually easily manufactured is about 4% at a high frequency power of 1 kW or less. Therefore, considering the system construction within this range, The difference is within 4% of the average frequency. In addition,
Since the frequency bandwidth of the isolator that can be actually manufactured is about 1% when the high frequency power is about 2 kW, it is preferable that the difference between the frequencies of the high frequency power supplies is within 1% of the average frequency.
【0041】請求項7は、複数電源を用いて定在波を抑
制するにあたり、当該電源に他の電源から周波数および
位相の違う高周波が入射し、当該電源が損傷を受けるこ
とを防止することを目的とし、各高周波電源に放電電極
側から入射する高周波電力の大きさに応じて当該高周波
電源を除く他の高周波電源からの出力を制限し、他の高
周波電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減
することにより、当該高周波電源を保護することを特徴
とするものであるAccording to a seventh aspect of the present invention, when suppressing a standing wave using a plurality of power supplies, it is possible to prevent the power supplies from being damaged by high frequencies having different frequencies and phases from other power supplies. For the purpose, the output from other high frequency power supplies except the high frequency power supply is limited according to the magnitude of the high frequency power incident on the high frequency power supply from the discharge electrode side, and the high frequency power incident from the other high frequency power supply to the high frequency power supply is limited. By protecting the high frequency power source, the high frequency power source is protected.
【0042】[0042]
【0043】請求項8は、周期が遅いとプラズマがON
/OFFを繰り返す形となってしまい、製膜品質などの
結果に悪影響を及ぼすので、これを防ぐため、擬似的に
ONの状態を続けるために必要な条件として、周波数の
差の逆数である周期を、当該放電電極で発生させるプラ
ズマ中の活性原子の消滅寿命より短くするか、又は活性
分子の消滅寿命より短くするか、又はイオンの消滅寿命
より短くすることを特徴とするものである。なお、定在
波の発生をさらに効果的に防止するためには、周期を活
性原子等の消滅寿命の1/2以下とすることが好まし
い。In claim 8 , the plasma is turned on when the cycle is slow.
Since the ON / OFF cycle is repeated, which adversely affects the film quality and other results. To prevent this, the condition necessary to continue the pseudo ON state is the period that is the reciprocal of the frequency difference. Is shorter than the annihilation life of the active atoms in the plasma generated at the discharge electrode, shorter than the annihilation life of the active molecules, or shorter than the annihilation life of the ions. In order to more effectively prevent the generation of standing waves, it is preferable to set the period to 1/2 or less of the annihilation life of active atoms.
【0044】請求項9は、周期が遅いとプラズマがON
/OFFを繰り返す形となってしまい、製膜品質などの
結果に悪影響を及ぼすので、これを防ぐため、擬似的に
ONの状態を続けるために必要な条件として、周波数の
差の逆数である周期を短くするものである。例えば、シ
ランを用いたシリコン薄膜製膜を対象として具体的に
は、周波数の差の逆数である周期を、下式(7)から求
められるSiH3活性分子の寿命τ:
τ=(Δx)2/(2D) …(7)
ここに、Dは拡散係数でD=2.5×103(cm
2s-1)、
Δxは電極から基板までの距離(cm)
または水素原子ラジカルの寿命1.1×10-4秒
のいずれか一方より短くすることを特徴とするものであ
る。なお、ON/OFFの影響をさらに効果的に防止す
るためには、周期をSiH3活性分子の寿命τの1/2
以下とするか、または水素原子ラジカルの寿命1.1×
10-4秒の1/2以下とすることが好ましい。In the ninth aspect , the plasma is turned on when the cycle is slow.
Since the ON / OFF cycle is repeated, which adversely affects the film quality and other results. To prevent this, the condition necessary to continue the pseudo ON state is the period that is the reciprocal of the frequency difference. Is to shorten. For example, specifically for a silicon thin film formation using silane, the period which is the reciprocal of the frequency difference is calculated by the following equation (7): SiH 3 active molecule life τ: τ = (Δx) 2 / (2D) (7) where D is the diffusion coefficient D = 2.5 × 10 3 (cm
2 s −1 ), Δx is characterized by being shorter than either the distance (cm) from the electrode to the substrate or the lifetime of the hydrogen atom radical of 1.1 × 10 −4 seconds. In order to prevent the effect of ON / OFF more effectively, the cycle should be 1/2 of the lifetime τ of the SiH 3 active molecule.
Or less, or the life of hydrogen atom radical 1.1 ×
It is preferably 1/2 or less of 10 −4 seconds.
【0045】請求項10は、プラズマ中の活性原子もし
くは活性分子もしくはイオンがプラズマ発生後のOFF
時間に発生し始める応用、たとえばエッチングなどへの
応用を対象として、わざと周期を遅くして故意にプラズ
マのOFF時間を作り、プラズマ中の活性原子もしくは
活性分子もしくはイオンが発生するのに充分なOFF時
間を保持し、かつ、そのプラズマ中の活性原子もしくは
活性分子もしくはイオンが一旦増加した後に、プラズマ
がないために減少をはじめ遂にはほとんど無くなる前に
次のプラズマを発生させて、再度OFFすることによっ
て効率的に当該活性原子もしくは活性分子もしくはイオ
ンを継続的に発生させる条件として、周波数の差の逆数
である周期を、当該放電電極で発生させるプラズマ中の
活性原子の生成時間の1倍以上10倍以下とするか、又
は活性分子の生成時間の1倍以上10倍以下とするか、
又はイオンの生成時間の1倍以上10倍以下とすること
を特徴とするものである。なお、活性原子または活性分
子の発生をさらに効果的に防止するためには、周期を活
性原子等の生成時間の2倍以上4倍以下とすることが好
ましい。According to a tenth aspect , active atoms, active molecules, or ions in the plasma are turned off after the plasma is generated.
For applications that start to occur in time, for example, for applications such as etching, the cycle is purposely slowed to intentionally create a plasma OFF time and sufficient OFF to generate active atoms or molecules or ions in the plasma. Hold the time and generate the next plasma before the number of active atoms, active molecules or ions in the plasma increases once and finally it almost disappears because there is no plasma and then turn it off again. As a condition for efficiently continuously generating the active atom or active molecule or ion, the period which is the reciprocal of the frequency difference is 1 time or more than the generation time of the active atom in the plasma generated at the discharge electrode. Or less than 1 time, or 1 time to 10 times less than the generation time of the active molecule,
Alternatively, it is characterized in that the time is 1 to 10 times the ion generation time. In order to prevent the generation of active atoms or active molecules more effectively, it is preferable that the period is 2 times or more and 4 times or less the generation time of active atoms or the like.
【0046】請求項11は、周波数の差の逆数である周
期を1秒以下とすることを特徴とするものである。これ
よりも周期を短くすると、パーティクルの生成時間が制
限されるので、その結果としてパーティクル発生量が低
減される。なお、パーティクルの発生を実質的になくす
ためには周期を1ミリ秒以下とすることが好ましい。The eleventh aspect of the present invention is characterized in that the period, which is the reciprocal of the frequency difference, is set to 1 second or less. When the period is shorter than this, the particle generation time is limited, and as a result, the particle generation amount is reduced. In addition, in order to substantially eliminate the generation of particles, the period is preferably set to 1 millisecond or less.
【0047】請求項12は、周波数の差の逆数である周
期を、下式(8)から計算される原料ガスの放電領域滞
在時間t(秒)よりも長くすることを特徴とするもので
ある。これよりも周期を長くすると、原料ガス分子の解
離が促進され、活性原子(活性種、イオン)の生成が円
滑化されるので、パーティクル発生量が低減される。な
お、パーティクルの発生を実質的になくすためには周期
を原料ガスの放電領域滞在時間tの2倍以上とすること
が好ましい。A twelfth aspect of the invention is characterized in that the period, which is the reciprocal of the frequency difference, is made longer than the discharge region residence time t (second) of the raw material gas calculated from the following equation (8). . When the cycle is longer than this, dissociation of the source gas molecules is promoted and the generation of active atoms (active species, ions) is facilitated, so that the amount of particles generated is reduced. In addition, in order to substantially eliminate the generation of particles, it is preferable to set the cycle to be twice or more as long as the source gas residence time t in the discharge region.
【0048】 t=(S・Δx)/Q …(8) Q=(M・R・T)/P ただし、Sは基板面積(cm2) Δxは放電電極から基板までの距離(cm) Qは体積流量(cm3/秒) Mは質量流量(mol/秒) Rは気体定数((atm・秒)/(K・cm3)) Tはガスの絶対温度(K) Pは放電空間の圧力(atm)T = (S · Δx) / Q (8) Q = (M · R · T) / P where S is the substrate area (cm 2 ) Δx is the distance from the discharge electrode to the substrate (cm) Q Is the volumetric flow rate (cm 3 / sec) M is the mass flow rate (mol / sec) R is the gas constant ((atm · sec) / (K · cm 3 )) T is the absolute temperature of the gas (K) P is the discharge space Pressure (atm)
【0049】[0049]
【0050】[0050]
【0051】請求項13は、上記の給電方法を用いて放
電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズマを空間
的および時間的に移動させることにより、該放電ガスプ
ラズマ内の活性分子の生成を高効率化することを特徴と
するプラズマ発生方法である。According to a thirteenth aspect , discharge gas plasma is generated by using the above-mentioned power feeding method, and the discharge gas plasma is moved spatially and temporally to enhance generation of active molecules in the discharge gas plasma. It is a plasma generation method characterized by increasing efficiency.
【0052】請求項14は、上記のプラズマ発生方法を
用いて放電ガスプラズマを空間的および時間的に移動さ
せることにより、半導体薄膜の製膜またはエッチングの
処理の均一化または高速化を図ることを特徴とする半導
体製造方法である。According to a fourteenth aspect of the present invention, the discharge gas plasma is moved spatially and temporally by using the above-described plasma generation method, so that the process of forming a semiconductor thin film or the process of etching can be made uniform or speeded up. It is a characteristic semiconductor manufacturing method.
【0053】[0053]
【0054】請求項15は、上記のプラズマ発生方法を
用いて放電ガスプラズマを空間的および時間的に移動さ
せることにより、半導体基板等の被処理体における表面
の処理の均一化または高速化を図ることを特徴とする表
面処理方法である。According to a fifteenth aspect of the present invention, the discharge gas plasma is moved spatially and temporally by using the above-described plasma generation method, so that the surface treatment on the object to be treated such as a semiconductor substrate is made uniform or accelerated. The surface treatment method is characterized in that
【0055】[0055]
【0056】[0056]
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発
明の種々の好ましい実施の形態について説明する。Various preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
【0057】(第1の実施の形態)図1を参照しながら
本発明の第1の実施形態に係る高周波プラズマ生成装置
を説明する。装置1Aは、太陽電池用Si半導体薄膜を
製膜するために用いられる高周波プラズマ生成装置であ
り、その反応容器2内に放電電極としてのラダー電極3
03およびアース電極3を備えている。反応容器2は気
密につくられ、ガス供給管17および排気管18が適所
にそれぞれ開口している。ガス供給管17は図示しない
ガス供給源に連通し、これを通って製膜用ガスが反応容
器17内に導入されるようになっている。排気管18は
図示しない真空ポンプの吸引側に連通している。ちなみ
に真空ポンプにより反応容器2の内圧は1×10-6To
rr程度まで真空排気することができるようになってい
る。(First Embodiment) A high-frequency plasma generating apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The device 1A is a high-frequency plasma generator used for forming a Si semiconductor thin film for a solar cell, and a ladder electrode 3 as a discharge electrode is provided in a reaction vessel 2 of the device.
03 and the earth electrode 3. The reaction vessel 2 is made airtight, and a gas supply pipe 17 and an exhaust pipe 18 are opened at appropriate places. The gas supply pipe 17 communicates with a gas supply source (not shown), and the film forming gas is introduced into the reaction container 17 through the gas supply source. The exhaust pipe 18 communicates with the suction side of a vacuum pump (not shown). By the way, the internal pressure of the reaction vessel 2 is 1 × 10 −6 To by the vacuum pump.
It can be evacuated to about rr.
【0058】保持電極としてのアース電極3と放電電極
としてのラダー電極303とは所定の間隔(例えば20
mmの間隔)をもって対面配置されている。アース電極
3は、被処理体としてのガラス基板16を保持するため
の機構(図示せず)を備え、基板16を加熱するための
ヒータ(図示せず)を内蔵している。アース電極3は、
被処理基板16が2.0m×2.0m角サイズである場
合は2.1m×2.1m角サイズとし、接地されてい
る。定在波を生じることなく、このような大型の基板1
6を保持するアース電極3との間に放電プラズマを生成
させるためには、ラダー電極303に発振周波数20〜
200MHzの範囲で発振周波数の20%以内の周波数
差をもつ複数の高周波を印加して上記の式(6)で表わ
される変調波成分cos(ωmodt−kavez)を生じさ
せる。なお、ガス供給管17のガス吹き出し口は、ラダ
ー電極303よりも後方にて開口していることが望まし
く、複数の箇所からガスが並行に供給されることが好ま
しい。The earth electrode 3 as a holding electrode and the ladder electrode 303 as a discharge electrode are separated by a predetermined distance (for example, 20).
They are arranged face-to-face with a spacing of mm). The ground electrode 3 has a mechanism (not shown) for holding the glass substrate 16 as the object to be processed, and has a built-in heater (not shown) for heating the substrate 16. The ground electrode 3 is
When the substrate 16 to be processed has a 2.0 m × 2.0 m square size, it has a 2.1 m × 2.1 m square size and is grounded. Such a large substrate 1 without causing standing waves
In order to generate discharge plasma between the earth electrode 3 holding 6 and the earth electrode 3, the ladder electrode 303 has an oscillation frequency of 20 to
A plurality of high frequencies having a frequency difference within 20% of the oscillation frequency in the range of 200 MHz are applied to generate the modulated wave component cos (ω mod t-k ave z) represented by the above equation (6). The gas outlet of the gas supply pipe 17 is preferably opened rearward of the ladder electrode 303, and the gas is preferably supplied in parallel from a plurality of locations.
【0059】ラダー電極303は、平行な複数本の縦方
向電極棒304と一対の横方向電極棒305とを格子状
に組み立ててなるものであり、アース電極3により保持
される基板16と平行に対面配置されている。The ladder electrode 303 is formed by assembling a plurality of parallel vertical electrode rods 304 and a pair of horizontal electrode rods 305 in a grid pattern, and is parallel to the substrate 16 held by the ground electrode 3. It is arranged face-to-face.
【0060】ラダー電極303には4つの給電点9a,
9b1が設けられている。このうち2つの第1の給電点
9aは一方の横方向電極棒305に設けられ、2つの第
2の給電点9b1は他方の横方向電極棒305に設けら
れている。なお、各給電点9a,9b1は横方向電極棒
305をほぼ三等分するところにそれぞれ位置してい
る。On the ladder electrode 303, four feeding points 9a,
9b 1 is provided. Two of these first feeding point 9a is provided on one lateral electrode rod 305, a second feeding point 9b 1 of the two is provided on the other lateral electrode rods 305. The feeding points 9a and 9b 1 are located at positions where the lateral electrode rod 305 is divided into three substantially equal parts.
【0061】2つの第1の給電点9aには分岐する同軸
ケーブル8aを介して整合器7a,パワーメータ6a,
第1の高周波電源5aがこの順に接続されている。第1
の高周波電源5aは周波数60.0MHzの高高周波
(VHF)を発振する高周波発振器を内蔵しており、2
つの第1の給電点9aを介してラダー電極303に周波
数60.0MHzの高高周波(VHF)パワーが供給さ
れるようになっている。なお、整合器7aから電極側の
同軸ケーブル8aは、T分岐プラグを用いて分岐した。A matching device 7a, a power meter 6a, and a power meter 6a are connected to the two first feeding points 9a through a branching coaxial cable 8a.
The first high frequency power supply 5a is connected in this order. First
The high-frequency power source 5a has a built-in high-frequency oscillator that oscillates a high-frequency wave (VHF) having a frequency of 60.0 MHz.
High-frequency (VHF) power having a frequency of 60.0 MHz is supplied to the ladder electrode 303 via one of the first feeding points 9a. The coaxial cable 8a on the electrode side from the matching unit 7a was branched using a T-branch plug.
【0062】一方、第2の給電点9b1には分岐する同
軸ケーブル8bを介して整合器7b,パワーメータ6
b,第2の高周波電源5bがこの順に接続されている。
第2の高周波電源5bは、第1高周波電源5aから独立
しており、周波数60.3MHzの高高周波(VHF)
を発振する高周波発振器を内蔵しており、2つの第2の
給電点9b1を介してラダー電極303に周波数60.
3MHzの高高周波(VHF)パワーが供給されるよう
になっている。なお、整合器7bから電極側の同軸ケー
ブル8bは、T分岐プラグを用いて分岐した。On the other hand, the matching unit 7b and the power meter 6 are connected to the second feeding point 9b 1 via the branched coaxial cable 8b.
b, the second high frequency power source 5b are connected in this order.
The second high frequency power supply 5b is independent of the first high frequency power supply 5a and has a high frequency (VHF) of 60.3 MHz.
And a high-frequency oscillator that oscillates, and the frequency of 60. is applied to the ladder electrode 303 via the two second feeding points 9b 1 .
High-frequency (VHF) power of 3 MHz is supplied. The coaxial cable 8b on the electrode side from the matching unit 7b was branched using a T-branch plug.
【0063】このように対向する給電点9a,9b1を
介して互いに異なる周波数の高高周波(VHF)をラダ
ー電極303に供給する際に、2つの高高周波(VH
F)間の周波数の差(本実施例では0.3MHz)が重
要である。その効果については後述する。When supplying the high and high frequency waves (VHF) of different frequencies to the ladder electrode 303 through the feeding points 9a and 9b 1 facing each other in this way, two high and high frequency waves (VH) are supplied.
The frequency difference between F) (0.3 MHz in this embodiment) is important. The effect will be described later.
【0064】本実施例では、ラダー電極303の対向す
る2本の横方向電極捧305上のそれぞれに、電極全体
の中心を中点とする対称的な位置に給電点9a,9b1
を配置することによって、縦方向電極棒304のそれぞ
れに1次元的な電圧分布が生じるようにした。これによ
り後述する定在波を高速で移動させるという現象が見ら
れ、それぞれの縦方向電極棒304上の縦方向のプラズ
マ生成分布が均一になるとともに、それぞれの縦方向電
極棒304相互間のプラズマ生成分布(横方向のプラズ
マ分布)も均一にすることができた。In the present embodiment, the feeding points 9a and 9b 1 are provided on the two opposing lateral electrodes 305 of the ladder electrode 303 at symmetrical positions with the center of the entire electrode as the middle point.
Is arranged so that a one-dimensional voltage distribution is generated in each of the vertical electrode rods 304. As a result, a phenomenon in which a standing wave, which will be described later, is moved at high speed is observed, and the plasma generation distribution in the vertical direction on each vertical electrode rod 304 becomes uniform, and the plasma between each vertical electrode rod 304 is also increased. The generation distribution (plasma distribution in the lateral direction) could also be made uniform.
【0065】なお、後者の横方向のプラズマ生成分布に
ついては、互いに独立する複数の高周波電源ごとに設け
た給電経路からそれぞれ分岐して接続された複数の給電
点群を上下各2点(総数4点)から、さらに上下各4点
(総数8点)、上下各8点(総数16点)と増加させて
いくことにより、さらにプラズマ生成分布の均一化を図
ることができる。The latter plasma generation distribution is provided for each of a plurality of high-frequency power supplies that are independent of each other.
Multiple power feeds branched from each power feed path and connected
By increasing the point group from two points each above and below (total 4 points) to 4 points above and below each (total 8 points) and 8 points above and below each (total 16 points), the plasma generation distribution can be made more uniform. Can be planned.
【0066】また、本実施例では2つの電源5a,5b
から上下2点ずつの給電点からそれぞれ給電している
が、電源数を増やすことによりさらにプラズマ生成分布
の均一化を図ることができる。例えば、4つの電源から
4つの給電点の各々に異なる周波数の高高周波(VH
F)パワーをそれぞれ供給することにより、さらにプラ
ズマ生成分布の均一性を向上させることが可能である。Further, in this embodiment, two power sources 5a and 5b are used.
Therefore, the power is supplied from each of the two upper and lower power supply points, but by increasing the number of power supplies, the plasma generation distribution can be made more uniform. For example, high frequency (VH) of different frequency from four power sources to each of four feeding points
F) By supplying power respectively, it is possible to further improve the uniformity of plasma generation distribution.
【0067】図2は、横軸にラダー電極上の位置(任意
値)をとり、縦軸に発光強度(任意値)をとって、本実
施例の装置1Aを用いて生成したプラズマの発光強度を
CCDカメラにより測定した結果を示す特性線図であ
る。図中にて基板のサイズの内側で3カ所低い値がでて
いるところは装置の構造上から縦方向電極棒の影になっ
てプラズマが見えない箇所にあたり、実際の発光強度分
布とは無関係である。この図から明らかなように、装置
1Aを用いた高高周波プラズマの生成では2m×2m角
という非常に大きな領域範囲で、発光分布すなわちプラ
ズマ分布の均一性±7%(最高値127/最小値11
1)を達成できることが判明した。In FIG. 2, the abscissa represents the position on the ladder electrode (arbitrary value) and the ordinate represents the emission intensity (arbitrary value), and the emission intensity of the plasma generated using the apparatus 1A of the present embodiment. It is a characteristic diagram which shows the result of having measured with CCD camera. In the figure, the three low values inside the size of the substrate are the locations where plasma cannot be seen due to the shadow of the vertical electrode rod due to the structure of the device, and are independent of the actual emission intensity distribution. is there. As is clear from this figure, in the generation of high-frequency plasma using the apparatus 1A, the uniformity of the light emission distribution, that is, the plasma distribution ± 7% (maximum value 127 / minimum value 11
It turns out that 1) can be achieved.
【0068】これは、高周波電源1と高周波電源2の発
振周波数の20%以内の周波数差0.3MHzすなわち
300kHzによる「ビート」により、放電電極上に定
在波が立たないようにすることができたためと考えられ
る。もしくは、放電電極上に生じたであろう定在波を1
秒間に30万波長分、高速で移動させることができたと
解釈することもできる。すなわち、非常に短い瞬間で見
ると定在波分布が生じているが、これが高速で移動して
いるために、時間平均で見ると均一な分布となっている
と考えられる。[0068] This is, of high-frequency power source 1 and the high-frequency power supply 2 issued
It is considered that the standing wave could be prevented from standing on the discharge electrode due to the "beat" due to the frequency difference of 0.3 MHz within 20% of the vibration frequency, that is, 300 kHz. Or, the standing wave that may have occurred on the discharge electrode is
It can be interpreted that it was possible to move at high speed for 300,000 wavelengths per second. That is, the standing wave distribution is generated when viewed at a very short moment, but it is considered that the distribution is uniform when viewed on a time average because the standing wave distribution is moving at high speed.
【0069】一方、この周波数差が大きいほど定在波を
移動させる速度は速くなるはずであるが、高高周波(V
HF)本来の特性を生かした製膜速度や製膜品質を得る
ためには、製膜速度や製膜品質を得るために必要な高高
周波の発振周波数20〜200MHzの範囲で発振周波
数から20%以上異なる周波数差を用いることは好まし
くない。また、高周波電力の電源への入射防止に用いる
インピーダンス整合器が機能するためには、発振周波数
の差は1%以内であることがさらに好ましい。本実施例
では発振周波数の差が0.5%程度であることから、後
述するように、製膜速度品質も良く、かつ電源への高周
波の入射も100W程度の低い値に抑えることができ
た。On the other hand, the larger the frequency difference is, the faster the moving speed of the standing wave should be, but the high frequency (V
HF) In order to obtain the film-forming speed and film-forming quality by making the most of the original characteristics, the high-frequency oscillation frequency required to obtain the film-forming speed and film-forming quality is in the range of 20 to 200 MHz. > It is not preferable to use a frequency difference that differs by more than 20% from the number. Further, in order for the impedance matching device used for preventing the high frequency power from entering the power source to function, it is more preferable that the difference between the oscillation frequencies is within 1%. Since the difference in the oscillation frequency is about 0.5% in this example, the quality of the film deposition rate was good and the incidence of high frequency on the power supply could be suppressed to a low value of about 100 W, as will be described later. .
【0070】次に、a−Si製膜や微結晶Si製膜を以
下の手順で行った。Next, the a-Si film formation and the microcrystalline Si film formation were performed by the following procedure.
【0071】まず、例えば200℃に設定した基板ヒー
タ3上にSi薄膜を製膜する2m×2m角サイズの基板
16を載置した。ガス供給管17からSiH4ガスをた
とえば流速2000sccmで導入し、さらに微結晶S
i製膜の場合には、SiH4ガスに加えて水素ガスをた
とえば50000sccm程度流した。真空排気管に接
続した図示しない真空ポンプ系の排気速度を調整するこ
とで反応容器1内の圧力を例えば200mTorrに調
節した。First, a 2 m × 2 m square substrate 16 for forming a Si thin film was placed on the substrate heater 3 set at 200 ° C., for example. SiH 4 gas is introduced from the gas supply pipe 17 at a flow rate of 2000 sccm, and the fine crystal S
In the case of i film formation, hydrogen gas, for example, was flowed at about 50,000 sccm in addition to SiH 4 gas. The pressure in the reaction vessel 1 was adjusted to, for example, 200 mTorr by adjusting the exhaust speed of a vacuum pump system (not shown) connected to the vacuum exhaust pipe.
【0072】高周波電力が効率良くプラズマに供給され
るように第1及び第2の整合器7a,7bをそれぞれ調
整しつつ、第1高周波電源5aからは周波数60.0M
Hzの高高周波(VHF)電力を供給するとともに、第
2高周波電源5bからは周波数60.3MHzの高高周
波(VHF)電力を供給し、両電源5a,5bからのパ
ワーを合計すると例えば3000Wとなるように高高周
波(VHF)電力を供給し、基板16とラダー電極30
3との間にプラズマを生成させた。プラズマ中ではSi
H4が分解し、基板表面にa−Si膜や微結晶Si膜が
製膜された。例えば10分間程度この状態で製膜を行う
ことにより必要な厚さの膜が製膜された。製膜されたサ
ンプルの膜厚分布を測定し、給電点位置を微調整し、最
適な分布が得られるようにした。製膜速度はたとえば微
結晶製膜において1.0nm/秒という高速が得られ、
均一性は±10%であり、太陽電池用Si薄膜半導体で
必要とされる均一性を達成した。While adjusting the first and second matching units 7a and 7b so that the high frequency power is efficiently supplied to the plasma, the frequency of 60.0M from the first high frequency power source 5a.
High-frequency (VHF) power of Hz and high-frequency (VHF) power of frequency 60.3 MHz are supplied from the second high-frequency power source 5b, and the total power from both power sources 5a and 5b is 3000 W, for example. To supply the high frequency (VHF) power to the substrate 16 and the ladder electrode 30.
Plasma was generated between 3 and 3. Si in plasma
H 4 was decomposed and an a-Si film or a microcrystalline Si film was formed on the substrate surface. For example, by performing film formation in this state for about 10 minutes, a film having a required thickness was formed. The film thickness distribution of the formed sample was measured and the feeding point position was finely adjusted so that the optimum distribution could be obtained. The film forming speed can be as high as 1.0 nm / sec in microcrystalline film forming,
The uniformity was ± 10%, and the uniformity required for Si thin film semiconductors for solar cells was achieved.
【0073】さらに、できた膜の膜質を測定したとこ
ろ、例えばラマンピーク比が9:1を越えるなど高品質
で、その他、屈折率、分光特性、欠陥密度なども同様
に、5cm×5cm程度の小サンプルで同じ60MHz
を用いて製膜した場合とほとんど変らなかった。Further, when the quality of the formed film was measured, the quality was high, for example, the Raman peak ratio exceeded 9: 1, and the refractive index, spectral characteristics, defect density, etc. were also about 5 cm × 5 cm. Same as small sample 60MHz
There was almost no difference from the case where the film was formed using.
【0074】これは、定在波の高速な移動によって生じ
るプラズマのON/OFFが、十分速く、すなわち、周
波数差が300KHzであることから、1秒間に30万
回×2回ON/OFFが繰り返されるため、一回のOF
F時間は2×10-6秒以下となり、SiH3活性分子の
消滅寿命((τ=(2(cm))2/(2×2.5×1
03(cm2/秒))=8×10-4秒)よりも十分に短
く、かつ、水素原子ラジカルの消滅寿命1.1×10-4
秒)よりも十分短いので、製膜現象においてプラズマの
ON/OFFを実質的に無視できるようになるためと考
えられる。This is because the ON / OFF of the plasma generated by the high-speed movement of the standing wave is sufficiently fast, that is, the frequency difference is 300 KHz, and therefore the ON / OFF is repeated 300,000 times × 2 times per second. One OF
F time becomes 2 × 10- 6 seconds or less, annihilation lifetime of SiH 3 active molecule ((τ = (2 (cm )) 2 /(2×2.5×1
0 3 (cm 2 / sec)) = 8 × 10 −4 sec) and the annihilation lifetime of hydrogen atom radicals 1.1 × 10 −4
It is considered that the plasma ON / OFF can be substantially ignored in the film formation phenomenon because it is sufficiently shorter than the second).
【0075】また、本実施例で得られた更にもう一つの
効果は、製膜の際に発生するパーティクルが非常に少な
いことである。これは、先行文献(渡辺征夫、白石正
治、「高周波変調放電によるシランガス分解」、放電研
究No.138、P27-36、1992)に記載されているように、O
N時間が1秒以下になるとパーティクルの成長が抑制さ
れ、好ましくはON/OFF周波数が1kHz以上すな
わちON時間が1ミリ秒以下になると実質的にほとんど
パーティクルが発生しないことに起因しているものと考
えられる。すなわち、本発明方法ではON時間を2×1
0-6秒以下としていることからパーティクルがほとんど
発生しない状態にあると推察することができる。Further, another effect obtained in this embodiment is that the number of particles generated during film formation is very small. As described in the prior document (S. Watanabe, S. Shiraishi, “Silane Gas Decomposition by High Frequency Modulation Discharge”, Discharge Research No.138, P27-36, 1992),
When the N time is 1 second or less, particle growth is suppressed, and preferably, when the ON / OFF frequency is 1 kHz or more, that is, when the ON time is 1 millisecond or less, substantially no particles are generated. Conceivable. That is, in the method of the present invention, the ON time is 2 × 1.
Since it is set to 0 -6 seconds or less, it can be inferred that particles are hardly generated.
【0076】なお、詳しい説明と図示は省略するが、逆
にOFF時間を長くしてパーティクルの排出に十分に時
間をかけてパーティクルを排出し、その増加を防止する
こともできる。すなわち、基板面積Sが200×200
cm2、放電電極から基板までの距離Δxが2cm、体
積流量Qが4×105cm3/秒の処理条件の場合に、こ
れらの数値を下式(8)に代入して原料ガスの放電領域
滞在時間tは0.2秒となる。よって、OFF時間を該
時間tより長い時間、すなわち0.2秒以上に、好まし
くは2倍の0.4秒以上にすることによって、プラズマ
生成領域からパーティクルを排出し、反応容器内でのパ
ーティクルの増加が抑制されることも確認できた。Although detailed description and illustration are omitted, conversely, the OFF time can be lengthened to allow sufficient time for the particles to be discharged, and the particles can be discharged to prevent the increase. That is, the substrate area S is 200 × 200
cm 2 , the distance Δx from the discharge electrode to the substrate is 2 cm, and the volume flow rate Q is 4 × 10 5 cm 3 / sec, these values are substituted into the following formula (8) to discharge the source gas. The area residence time t is 0.2 seconds. Therefore, by setting the OFF time to a time longer than the time t, that is, 0.2 seconds or longer, preferably doubled 0.4 seconds or longer, particles are discharged from the plasma generation region, and the particles in the reaction container are discharged. It was also confirmed that the increase in γ was suppressed.
【0077】
t=(S・Δx)/Q …(8)
なお、本実施例では電極にラダー電極を用いた場合を示
したが、その代わりにラダー電極の一種である特開平1
1−111622号公報に報告されている網目状の電極
を用いた場合、給電点位置の最適化に手間を要したが、
膜厚(プラズマ)均一性10%を得ることができた。さ
らに、平行平板電極を用いた場合にも、給電点の最適化
の試行錯誤にさらに手間取ったが、本発明の給電方法を
用いることにより膜厚(プラズマ)均一性12%を得る
ことができ、ラダー電極のような複雑な電極を用いず
に、目標の膜厚(プラズマ)均一性10%以内には及ば
なかったがそこそこの膜厚(プラズマ)均一性が得られ
た。 T = (S · Δx) / Q (8) In this embodiment, the case where a ladder electrode is used as an electrode is shown. Instead, it is a kind of ladder electrode.
In the case of using the mesh-shaped electrode reported in JP-A-11-11622, it took a lot of time to optimize the position of the feeding point,
A film thickness (plasma) uniformity of 10% could be obtained. It
In addition, even when using parallel plate electrodes, the feed point is optimized
It took more time and effort, but the power supply method of the present invention
12% film thickness (plasma) uniformity is obtained by using
It is possible to use without complicated electrodes such as ladder electrodes
Within the target film thickness (plasma) uniformity of 10%
Although it was not, a uniform film thickness (plasma) uniformity was obtained.
It was
【0078】また、本実施例では60MHz付近の周波
数の場合を示したが、20MHz付近や200MHz付
近でも同様の効果があることを確認した。Further, in this embodiment, the case where the frequency is around 60 MHz is shown, but it was confirmed that the same effect was obtained near 20 MHz and around 200 MHz.
【0079】(第2の実施の形態)図3を参照しながら
本発明の第2の実施形態に係る装置について説明する。
図3は、図1に示した第1実施形態の装置1Aの高高周
波(VHF)給電回路に変更を加えた第2の実施形態に
係る装置1Bの給電回路を示す図である。この給電回路
の変更により本実施形態の装置1Bでは上記第1実施形
態の装置1Aよりも運転条件範囲を拡大することができ
るという利点がある。本実施例でも2m×2m角サイズ
の基板への高高周波による均一製膜をおこなうのに用い
たもので、電源系以外の反応容器内などの構成は第1の
実施の形態と同様であるので,両者が共通する点の説明
は省略する。(Second Embodiment) An apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a power supply circuit of a device 1B according to a second embodiment obtained by modifying the high frequency (VHF) power supply circuit of the device 1A of the first embodiment shown in FIG. This change of the power supply circuit has an advantage that the operating condition range can be expanded in the device 1B of the present embodiment as compared with the device 1A of the first embodiment. This example is also used to perform uniform film formation on a 2 m × 2 m square substrate with high frequency, and the structure of the reaction container other than the power supply system is the same as that of the first embodiment. The explanation of the points common to both is omitted.
【0080】本実施形態の装置1Bが第1実施形態の装
置1Aと異なる点は、次の〜の5点である。The device 1B of this embodiment is different from the device 1A of the first embodiment in the following five points.
【0081】高周波電源の発振周波数について、上記
第1実施形態の装置1Aではそれぞれの高周波電源5
a,5bに内蔵される水晶発振器が不確かなことを利用
して異なる2つの周波数を発生させていた。これに対し
て本実施形態の装置1Bでは、2波信号発生器20によ
り周波数差を一定値に制御することにしている。前者
(装置1A)では、周波数差を任意に選ぶことができ
ず、したがって、例えば周波数差が10Hzしかない2
つの組合せになってしまった場合に、定在波は10Hz
でしか移動せず、プラズマがその周期でON/OFFし
てしまい、製膜に悪影饗を与えてしまう。また、発振周
波数差が時間的に安定せず、その結果、再現性が低くな
るおそれがある。これに対して後者(装置1B)では最
適な周波数差に固定して運転することができる。Regarding the oscillating frequency of the high frequency power source, in the device 1A of the first embodiment, each high frequency power source 5
Two different frequencies are generated by utilizing the uncertainty of the crystal oscillators built in a and 5b. On the other hand, in the device 1B of the present embodiment, the frequency difference is controlled by the two-wave signal generator 20 to be a constant value. In the former (apparatus 1A), the frequency difference cannot be arbitrarily selected, and therefore, for example, the frequency difference is only 10 Hz.
If the two are combined, the standing wave is 10Hz
It moves only at this point, and the plasma turns on and off at that cycle, giving a bad influence to the film formation. Further, the oscillation frequency difference is not stable in time, and as a result, the reproducibility may be low. On the other hand, in the latter case (device 1B), the operation can be performed while fixing the optimum frequency difference.
【0082】第1実施形態の装置1Aでは、それぞれ
の高周波電源5a,5bの保護回路(図示せず)も独立
であった。これに対して本実施形態の装置1Bでは1つ
の保護回路22のみを有し、それぞれの電源5a,5b
への入射電力をパワーメータ6a1,6b2で測定し、そ
の大きさのいずれか一方が制限値を越えると、両方の電
源の出力を制限するようにした。前者(装置1A)の場
合、例えば第1電源5aへの入射電力(反射電力と、第
2電源5bからの入射電力の和)が、何らかの原因で第
1電源5aの許容量を超えて大きくなってしまった場合
に、第1電源5aの保護回路は第1電源5aの出力を抑
える働きをするが、第2電源5bからの過剰な入射はま
ったく抑えられずそのままの状態であるので、最悪の場
合には第1電源5aが損傷を受けることがある。In the device 1A of the first embodiment, the protection circuits (not shown) for the high frequency power supplies 5a and 5b are also independent. On the other hand, the device 1B of the present embodiment has only one protection circuit 22 and has the respective power supplies 5a and 5b.
The incident power to the power meters 6a 1 and 6b 2 was measured, and if either of the magnitudes exceeded the limit value, the output of both power sources was limited. In the case of the former (apparatus 1A), for example, the incident power to the first power supply 5a (the sum of the reflected power and the incident power from the second power supply 5b) exceeds the allowable amount of the first power supply 5a and becomes large for some reason. If it happens, the protection circuit of the first power supply 5a functions to suppress the output of the first power supply 5a, but excessive incidence from the second power supply 5b cannot be suppressed at all and remains as it is. In some cases, the first power supply 5a may be damaged.
【0083】これに対して後者(装置1B)に同じ事象
が起これば、第1電源5aへの過剰入力により保護回路
22が働いて、第1及び第2電源5a,5bともに出力
が抑えられ、第1電源5aへの入射電力は抑えられるの
で、第1電源5aが損傷することはない。入射電力が抑
えられた状態で整合器7bの調整などを行うことによ
り、第2電源5bからの過剰入力の原因を取り除けば、
再び両電源5a,5bの出力をあげることができ、所望
の電力を供給することができる。On the other hand, if the same phenomenon occurs in the latter (device 1B), the protection circuit 22 operates due to excessive input to the first power supply 5a, and the outputs of both the first and second power supplies 5a and 5b are suppressed. Since the incident power on the first power supply 5a is suppressed, the first power supply 5a is not damaged. If the cause of the excessive input from the second power source 5b is removed by adjusting the matching device 7b with the incident power suppressed,
The outputs of both power supplies 5a and 5b can be raised again, and desired power can be supplied.
【0084】なお、本実施形態ではアイソレータ24
a,24bを第1及び第2の給電回路にそれぞれ挿入
し、通常は過電力が電源5a,5bに入射しないように
しているので、とくに保護回路は必要ない。しかし、反
射電力がアイソレータ24a,24bの許容電力を越え
てしまい、アイソレータ24a,24bが作動しなくな
ってしまったような場合に、この保護回路22による保
護動作が必要になる。 第1実施形態の装置1Aで
は、第1電源5aに入射する電力(反射電力と、第2電
源5bからの入射電力の和)を抑制する手段は整合器7
aのみであった。これに対して本実施形態の装置1Bで
はサーキュレータと負荷からなるアイソレータ24a,
24bを挿入することにより、電極303側から電源5
a,5bに入射する電力を無くす構成にしている。In this embodiment, the isolator 24
Since a and 24b are respectively inserted in the first and second power feeding circuits to prevent excessive power from entering the power supplies 5a and 5b, no special protection circuit is required. However, when the reflected power exceeds the allowable power of the isolators 24a and 24b and the isolators 24a and 24b do not operate, the protection operation by the protection circuit 22 is necessary. In the device 1A of the first embodiment, the means for suppressing the electric power (sum of reflected electric power and incident electric power from the second electric power source 5b) incident on the first electric power source 5a is a matching unit 7.
It was only a. On the other hand, in the device 1B of the present embodiment, an isolator 24a including a circulator and a load,
By inserting 24b, the power source 5 is supplied from the electrode 303 side.
It is configured to eliminate the electric power incident on a and 5b.
【0085】前者(装置1A)では、第1電源5aの出
力が電極303から反射されてくる電力は整合器7aで
完全にゼロにできたとしても、他の電源すなわち第2電
源5bから電極303と整合器7aを通って第1電源5
aに入射してくる電力は、位相や周波数が異なるため、
同時にゼロにすることはできない。したがって、この電
力が大きい場合(プラズマの発生状態などによって電極
303を抜けてくる電力は、大きくなったり小さくなっ
たり変動する)、第1電源5aに大きな電力が入射して
しまい、第1電源5aの状態を不安定にし、最悪の場合
は過剰入力により第1電源5aが壊れてしまう可能性も
ある。特に、プラズマが生成する前のプラズマ負荷がな
い場合に、このような状況になりやすい。In the former (apparatus 1A), even if the output of the first power source 5a reflected from the electrode 303 can be completely reduced to zero by the matching unit 7a, the other power source, that is, the second power source 5b, outputs the electrode 303. Through the matching unit 7a and the first power source 5
Since the phase and frequency of the electric power incident on a are different,
It cannot be zero at the same time. Therefore, when this electric power is large (the electric power passing through the electrode 303 changes depending on the plasma generation state or the like), the large electric power is incident on the first power source 5a, and the first power source 5a. The first power supply 5a may be broken due to excessive input in the worst case. Especially, when there is no plasma load before plasma is generated, such a situation is likely to occur.
【0086】これに対して後者(装置1B)の給電回路
にはアイソレータ24a,24bを挿入しているので、
電源5a,5bへの入射を負荷で全て吸収することがで
き、過剰入力による電源5a,5bの破壊が防止され
る。On the other hand, since the isolators 24a and 24b are inserted in the latter (device 1B) power supply circuit,
All of the incident power to the power supplies 5a and 5b can be absorbed by the load, and destruction of the power supplies 5a and 5b due to excessive input can be prevented.
【0087】なお、アイソレータ24a,24bを使用
する場合、特に本実施例のようなキロワット級の高周波
電力を定格値とするアイソレータの周波数帯域幅は非常
に狭い。すなわち、高周波電力1kW以下における周波
数帯域幅は使用周波数の4%程度であり、高周波電力2
kW程度におけるそれは1%程度であることから、第1
電源5aと第2電源5bとの周波数の差をこれらの値に
抑える必要がある。本実施形態では第1電源5aの発振
周波数を60.2MHzに設定し、第2電源5bの発振
周波数を59.8MHzに設定したので、両電源5a,
5bの発振周波数の差を、2kW定格の場合の周波数帯
域幅1%に相当する0.6MHz以内におさめた。When the isolators 24a and 24b are used, the frequency bandwidth of the isolator having the rated value of the high frequency power of kilowatt class as in this embodiment is very narrow. That is, the frequency bandwidth at a high frequency power of 1 kW or less is about 4% of the used frequency, and the high frequency power 2
Since it is about 1% at about kW,
It is necessary to suppress the frequency difference between the power source 5a and the second power source 5b to these values. In the present embodiment, the oscillation frequency of the first power supply 5a is set to 60.2 MHz, and the oscillation frequency of the second power supply 5b is set to 59.8 MHz.
The difference in the oscillating frequency of 5b was kept within 0.6 MHz, which corresponds to a frequency bandwidth of 1% in the case of the 2 kW rating.
【0088】第1実施形態の装置1Aでは、一系統に
パワーメータ6a,6bを1台ずつ(合計2台)設けた
が、これに対して本実施形態の装置1Bでは、一系統に
2台ずつパワーメータ6a1,6a2,6b1,6b2を設
けた(合計4台)。給電回路にアイソレータ24a,2
4bを挿入したので、通常はどんな整合状態にあっても
電源5a,5bへの入射電力すなわちパワーメータ6a
1,6a2における反射電力はゼロである。そこで、整合
状態を最適化するためにアイソレータ24a,24bよ
りも整合器側にパワーメータ6a2,6b2を設置し、整
合器7a,7bからの戻り電力も測定する必要があるか
らである。In the apparatus 1A of the first embodiment, one power meter 6a, 6b is provided in each system (two in total), whereas in the apparatus 1B of this embodiment, two power meters are provided in each system. Power meters 6a 1 , 6a 2 , 6b 1 and 6b 2 were provided respectively (four units in total). Isolators 24a, 2 in the power supply circuit
Since 4b is inserted, the incident power to the power supplies 5a and 5b, that is, the power meter 6a, is normally provided in any matching state.
The reflected power at 1 , 6a 2 is zero. Therefore, in order to optimize the matching state, it is necessary to install power meters 6a 2 and 6b 2 on the matching device side with respect to the isolators 24a and 24b and measure the return power from the matching devices 7a and 7b.
【0089】第1実施形態の装置1Aでは、整合器7
a,7bより電極側で同軸ケーブル8a,8bを分岐す
るためにT分岐プラグを用いたが、これに対して本実施
形態の装置1Bでは、プラズマ負荷の不均等や、時間変
化などがあっても安定な電力分配が行われるように、分
配器26a,26bを使用した。In the device 1A of the first embodiment, the matching device 7
Although a T-branch plug is used to branch the coaxial cables 8a and 8b on the electrode side from a and 7b, the apparatus 1B of the present embodiment, on the other hand, has uneven plasma loads and changes over time. The distributors 26a and 26b are used so that stable power distribution can be achieved.
【0090】以上の改善により、入力パワー合計4kW
を入力し、製膜速度はたとえば微結晶製膜において1.
5nm/秒という高速が得られた。また、膜厚均一性は
±10%であった。これは、太陽電池用Si薄膜半導体
で必要とされる膜厚均一性をクリアしている。With the above improvements, the total input power is 4 kW
Is input, and the film forming speed is 1.
A high speed of 5 nm / sec was obtained. The film thickness uniformity was ± 10%. This clears the film thickness uniformity required for Si thin film semiconductors for solar cells.
【0091】(第3の実施の形態)図4を参照しながら
本発明の第3の実施形態に係る装置について説明する。
図4は、図3に示した第2実施形態の装置1Bの高高周
波(VHF)給電回路に変更を加えた第3の実施形態に
係る装置1Cの給電回路を示す図である。(Third Embodiment) An apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a power supply circuit of a device 1C according to a third embodiment obtained by modifying the high frequency (VHF) power supply circuit of the device 1B of the second embodiment shown in FIG.
【0092】装置1Cは、独立の2つ電源5a,5b
と、発振器20と、位相検出器30a,30bと、位相
シフト器33と、ファンクションジェネレータ34とを
備えている。2つ電源5a,5bは、同じ周波数60M
Hzの高高周波(VHF)パワーを電極303にそれぞ
れ独立に給電するようになっている。位相シフト器33
は、発振器20と第2電源5bとの間に挿入され、第2
電源5bから給電される高周波の位相をシフトさせるよ
うになっている。これにより第2電源5bから電極30
3に給電される高周波は第1電源5aから電極303に
給電される高周波と同期しなくなり、両電源5a,5b
からの給電パワーがシフトされる。ファンクションジェ
ネレータ34は、任意の波形信号を位相シフト器33に
発信し、位相差の時間変化を制御するためのものであ
る。The device 1C has two independent power supplies 5a and 5b.
The oscillator 20, the phase detectors 30a and 30b, the phase shifter 33, and the function generator 34. The two power supplies 5a and 5b have the same frequency of 60M.
High-frequency (VHF) power of Hz is independently supplied to the electrodes 303. Phase shifter 33
Is inserted between the oscillator 20 and the second power source 5b,
The phase of the high frequency power supplied from the power source 5b is shifted. As a result, the second power source 5b is connected to the electrode 30.
The high frequency power supplied to the power source 3 is not synchronized with the high frequency power supplied to the electrode 303 from the first power source 5a, and both power sources 5a and 5b
The power supplied from is shifted. The function generator 34 is for transmitting an arbitrary waveform signal to the phase shifter 33 and controlling the time change of the phase difference.
【0093】発振器20から周波数60MHzの高高周
波(VHF)を発振させると、その一系統はそのまま第
1電源5aで増幅され、パワーメータ6a1、アイソレ
ータ24a、パワーメータ6a2、整合器7aを介して
第1位相検出器30aに送り、位相検出器30aで位相
検出を行ってから、分配器26aを介して電極303に
供給される。When a high frequency (VHF) with a frequency of 60 MHz is oscillated from the oscillator 20, the one system is amplified as it is by the first power source 5a and passes through the power meter 6a 1 , the isolator 24a, the power meter 6a 2 and the matching unit 7a. Is sent to the first phase detector 30a, the phase is detected by the phase detector 30a, and then supplied to the electrode 303 via the distributor 26a.
【0094】発振高高周波(VHF)の他の一系統は、
位相シフト器33で位相をシフトされ、後は同様に第2
電源5b、パワーメータ6b1、アイソレータ24b、
パワーメータ6b2、整合器7bを介して第2位相検出
器30bに送り、位相検出器30bで位相検出を行って
から、分配器26bを介して電極303に供給される。
この場合に、位相シフト器33で系統aと系統bとの位
相差が時間的に変化するように、ファンクションジェネ
レータ34が制御する。すなわち位相差の時間変化はフ
ァンクションジェネレータ34によって発生させた任意
波形信号を位相シフト器33に入力して制御した。位相
差は、各分配器30a,30bの直前において各系統
a,bの位相を位相検出器26a,26bにより検出
し、検出位相信号を位相シフト器33に送り、フィード
ハック制御した。Another system of oscillation high frequency (VHF) is
The phase is shifted by the phase shifter 33, and thereafter the second phase is similarly set.
Power supply 5b, power meter 6b 1 , isolator 24b,
The signal is sent to the second phase detector 30b via the power meter 6b 2 and the matching device 7b, the phase is detected by the phase detector 30b, and then supplied to the electrode 303 via the distributor 26b.
In this case, the function generator 34 controls the phase shifter 33 so that the phase difference between the system a and the system b changes with time. That is, the time change of the phase difference was controlled by inputting the arbitrary waveform signal generated by the function generator 34 to the phase shifter 33. Regarding the phase difference, the phases of the systems a and b were detected by the phase detectors 26a and 26b immediately before the distributors 30a and 30b, and the detected phase signal was sent to the phase shifter 33 to perform feed hack control.
【0095】この実施形態において、一定の位相差に固
定して運転すれば定在波が起こってプラズマが不均一に
なってしまうのに対し、位相差を時間的に変化させるこ
とにより、定在波を移動させることができ、製膜時間内
の時間平均により均一なプラズマ発生及び製膜膜厚分布
を得ることができる。そして、本第3実施形態で使用し
ているアイソレータ24a,24bと保護回路22は、
上記第2の実施形態の装置1Bの場合と同様に電源5
a,5bを作動させる際に、電源5a,5bの安定化に
寄与する。In this embodiment, when the fixed phase difference is fixed and the operation is performed, a standing wave occurs and the plasma becomes non-uniform. However, by changing the phase difference with time, the standing phase is changed. Waves can be moved, and uniform plasma generation and film thickness distribution can be obtained by time averaging during film formation time. The isolator 24a, 24b and the protection circuit 22 used in the third embodiment are
As in the case of the device 1B of the second embodiment, the power source 5
It contributes to the stabilization of the power supplies 5a and 5b when the a and 5b are operated.
【0096】この際、位相差をあまり高速で変調する
と、高周波の周波数帯域が広がり、アイソレータ24
a,24bの周波数帯域幅を超えてしまい、アイソレー
タ24a,24bが損傷するなどの可能性がある。そこ
で、スペクトラムアナライザ(図示せず)を位相検出部
30a,30bに接続し、帯域幅を定格である周波数の
1%以内になる範囲で変調速度を決定した。At this time, if the phase difference is modulated too fast, the high frequency band widens and the isolator 24
The frequency bandwidth of a and 24b may be exceeded, and the isolators 24a and 24b may be damaged. Therefore, a spectrum analyzer (not shown) was connected to the phase detectors 30a and 30b, and the modulation speed was determined within a range where the bandwidth was within 1% of the rated frequency.
【0097】本実施例ではファンクションジェネレータ
34からの位相制御信号の周波数を10kHzとして変
調したところ、帯域幅は1%を越えなかった。In this embodiment, when the frequency of the phase control signal from the function generator 34 is modulated at 10 kHz, the bandwidth does not exceed 1%.
【0098】(第4の実施の形態)図5を参照しながら
本発明の第4の実施形態に係る装置について説明する。
図5は、図1に示した装置1Aの高高周波(VHF)給
電回路に変更を加えた第4の実施形態に係る装置1Dの
給電回路を示す図である。(Fourth Embodiment) An apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 5: is a figure which shows the electric power feeding circuit of the apparatus 1D which concerns on 4th Embodiment which changed the high frequency (VHF) electric power feeding circuit of the apparatus 1A shown in FIG.
【0099】装置1Dは、独立の2つ電源5a,5b
と、独立の2つのパワーメータ6a,6bと、ミキサー
40と、整合器7と、分配器26とを備えている。本第
4実施形態では、まず2台の独立した高周波電源5a,
5bからそれぞれ異なる周波数の高高周波(VHF)電
力を出力する。この高周波電力をミキサー40で混合
し、整合器7および分配器26を介してラダー電極30
3に供給した。The device 1D has two independent power supplies 5a and 5b.
And two independent power meters 6a and 6b, a mixer 40, a matching unit 7, and a distributor 26. In the fourth embodiment, first, two independent high frequency power supplies 5a,
High frequency (VHF) power of different frequency is output from 5b. This high frequency power is mixed by the mixer 40, and the ladder electrode 30 is passed through the matching unit 7 and the distributor 26.
3 was supplied.
【0100】本実施形態は、±10%以内の膜厚均一性
を得ることができ、単純な給電回路で所期の目的を達す
ることができた。ちなみに本実施形態では、給電点配置
の最適化の試行錯誤に手間取り、またミキサー40の定
格により電力の最大値を2kWに制限された。In this embodiment, the film thickness uniformity within ± 10% can be obtained, and the intended purpose can be achieved with a simple power supply circuit. By the way, in the present embodiment, it takes time and effort to optimize the arrangement of the feeding points, and the maximum power value is limited to 2 kW by the rating of the mixer 40.
【0101】(第5の実施の形態)図6を参照しながら
本発明の第5の実施形態に係る装置について説明する。
図6は、図1に示した第1実施形態の装置1Aの高高周
波(VHF)給電回路に変更を加えた第5の実施形態に
係る装置1Eの給電回路を示す図である。(Fifth Embodiment) An apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a diagram showing a power supply circuit of a device 1E according to a fifth embodiment obtained by modifying the high frequency (VHF) power supply circuit of the device 1A of the first embodiment shown in FIG.
【0102】装置1Eは、AM変調発振器50と、高周
波電源5と、パワーメータ6と、整合器7と、分配器2
6とを備えている。高周波電源5の高周波を、AM変調
発振器50で増幅して得ることにより、キャリア周波数
60MHz,変調周波数30MHzのAM変調高周波と
した。これを、パワーメータ6、整合器7、分配器26
を介してラダー電極303に給電した。The device 1E includes an AM modulation oscillator 50, a high frequency power supply 5, a power meter 6, a matching unit 7 and a distributor 2.
6 and. The high frequency power of the high frequency power supply 5 was amplified by the AM modulation oscillator 50 to obtain an AM modulation high frequency having a carrier frequency of 60 MHz and a modulation frequency of 30 MHz. The power meter 6, matching unit 7, distributor 26
Power was supplied to the ladder electrode 303 via the.
【0103】本実施形態によれば、簡易な回路で比較的
均一な±15%の膜厚分布を得ることができた。According to this embodiment, a relatively uniform film thickness distribution of ± 15% can be obtained with a simple circuit.
【0104】(第6の実施の形態)S. Samukawa, "Role
of Negative Ions in High-Performance Etching Usin
gPulse-Time-Modulated Plasma", Extended Abstract o
f 4th International Conference on Reactive Plasma
s, SR 1.04, pp.415, 1998.にあるように、ハロゲン系
のガス、例えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生
させ、塩素負イオン(Cl-)を発生させて半導体のエ
ッチングに用いる場合、従来は、高周波電源から発生す
る電力をON/OFFすることにより、プラズマを発
生、消滅させプラズマが消滅する際に電子付着効果によ
り大量に塩素負イオンが発生することと、基板表面に生
じる壁電荷が消滅する効果を用いてエッチングの高速
化、高品質化を図っている。本実施例ではこの効果を定
在波を移動することによって生じさせることを狙ってい
る。図3に示した第2の実施形態の装置1Bを用いて、
2つの異なる周波数の差を4kHzとし、ハロゲン系の
ガス、例えば、塩素系のガスを用いてプラズマを発生さ
せ、塩素負イオン(Cl-)を発生させ、半導体のエッ
チングを行った。この時、定在波の膜の部分ではプラズ
マがONの状態、節の部分ではプラズマがOFFの状態
になるので定在波を高速で移動させることにより高効率
で大量にかつ簡単に塩素負イオンを発生させエッチング
を高速で行うことができる。(Sixth Embodiment) S. Samukawa, "Role
of Negative Ions in High-Performance Etching Usin
gPulse-Time-Modulated Plasma ", Extended Abstract o
f 4th International Conference on Reactive Plasma
s, SR 1.04, pp.415, 1998. As described in s, SR 1.04, pp.415, 1998., a halogen-based gas, for example, a chlorine-based gas is used to generate plasma, and chlorine negative ions (Cl − ) are generated to etch semiconductors. When used, conventionally, by turning on / off the power generated from a high frequency power source, a large amount of chlorine negative ions are generated by the electron attachment effect when plasma is generated and extinguished, and the plasma is extinguished, and the substrate surface is The effect of eliminating the generated wall charges is used to speed up the etching and improve the quality. In the present embodiment, this effect is aimed to be produced by moving the standing wave. Using the device 1B of the second embodiment shown in FIG.
The difference between the two different frequencies was set to 4 kHz, and plasma was generated using a halogen-based gas, for example, a chlorine-based gas to generate chlorine negative ions (Cl − ), and the semiconductor was etched. At this time, the plasma is in the ON state at the standing wave film and is in the OFF state at the node part. Therefore, by moving the standing wave at a high speed, a large amount of chlorine negative ions can be easily generated with high efficiency. Can be generated and etching can be performed at high speed.
【0105】定在波を移動させる速度、すなわち、位相
の変化周期は、前記参考論文に示されている塩素負イオ
ンの発生時間約100μ秒より長く、2倍以上4倍以下
になるように、250μ秒程度とした。このとき、プラ
ズマOFFの時間が125μ秒程度となり、充分な負イ
オン発生が得られる。これは周波数の差を4kHzにす
ることにより実現できる。The speed at which the standing wave is moved, that is, the phase change period, is longer than the generation time of chlorine negative ions of about 100 μsec shown in the above-mentioned reference paper so that it becomes 2 times or more and 4 times or less. It was set to about 250 μsec. At this time, the plasma OFF time is about 125 μsec, and sufficient negative ion generation can be obtained. This can be realized by setting the frequency difference to 4 kHz.
【0106】さらに、高周波の周波数に60MHzを用
いることによって従来法で用いられる13.56MHz
とくらべてプラズマ密度が高くなると同時にプラズマシ
ース厚さが薄くなることにより、プラズマ中で発生する
大量の塩素負イオンが効率的に基板面に流入し、エッチ
ング速度がさらに速くなる効果が得られる。これらの結
果、従来の13.56MHz単一周波数を用いた場合の
4倍程度のエッチング速度が得られた。本実施形態は、
シリコン薄膜などの製膜に用いる反応容器のプラズマに
よる洗浄、いわゆるセルフクリーニングなどの表面処理
方法にも応用することができる。Furthermore, by using 60 MHz for the high frequency, 13.56 MHz used in the conventional method
Compared with the higher plasma density, the plasma sheath thickness becomes thinner, so that a large amount of chlorine negative ions generated in the plasma can efficiently flow into the substrate surface, and the etching rate can be further increased. As a result, an etching rate about 4 times that of the conventional single frequency of 13.56 MHz was obtained. In this embodiment,
It can also be applied to a surface treatment method such as plasma cleaning of a reaction container used for film formation of a silicon thin film or the like, so-called self-cleaning.
【0107】(第7の実施の形態)図7を参照しながら
本発明の第7の実施形態に係る装置について説明する。
図7は、図1に示した装置1Aの給電点および高周波周
波数に変更を加えた第7の実施形態に係る装置1Fの給
電回路を示す図である。(Seventh Embodiment) An apparatus according to the seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 7: is a figure which shows the electric power feeding circuit of the apparatus 1F which concerns on 7th Embodiment which changed the electric power feeding point and high frequency of the apparatus 1A shown in FIG.
【0108】装置1Fは、周波数60.00MHzの高
周波を供給する第1電源5aと、周波数13.56MH
zの高周波を供給する第2電源5bと、アース電極3に
取り付けられた2つの給電点9b2,9b2とを備えてい
る。The device 1F comprises a first power source 5a for supplying a high frequency of 60.00 MHz and a frequency of 13.56 MH.
A second power source 5b for supplying a high frequency wave of z and two feeding points 9b 2 and 9b 2 attached to the ground electrode 3 are provided.
【0109】本実施形態をハロゲン系ガスNF3による
シリコン膜のエッチングに適用したところ、60MHz
の高高周波による高密度性と、13.56MHzによる
基板バイアス効果、さらに、両者の周波数の差による定
在波の抑制効果により、1m×1mの大面積に均一に、
かつ高速なエッチング速度(10nm/秒程度)が得ら
れた。When this embodiment is applied to the etching of the silicon film by the halogen type gas NF 3 , it is 60 MHz.
Due to the high density due to the high frequency, the substrate bias effect due to 13.56 MHz, and the effect of suppressing the standing wave due to the difference in frequency between the two, a large area of 1 m × 1 m can be obtained.
In addition, a high etching rate (about 10 nm / sec) was obtained.
【0110】本実施形態は、シリコン薄膜などの製膜に
用いる反応容器のプラズマによる洗浄、いわゆるセルフ
クリーニングなどの表面処理方法にも応用することがで
きる。The present embodiment can also be applied to a surface treatment method such as plasma cleaning of a reaction container used for forming a film such as a silicon thin film, so-called self-cleaning.
【0111】なお、上記1〜7の実施形態では主に4点
給電方式の例について説明したが、本発明はこれのみに
限られることなく、2点給電方式、6点給電方式、8点
給電方式、10点給電方式、12点給電方式など他の多
点給電方式にも適用することができる。In the above-described first to seventh embodiments, the example of the four-point power feeding system has been mainly described, but the present invention is not limited to this, and the two-point power feeding system, the six-point power feeding system, and the eight-point power feeding system. The present invention can also be applied to other multi-point power feeding systems such as the system, 10-point power feeding system and 12-point power feeding system.
【0112】[0112]
【発明の効果】本発明によれば、単一の放電電極に対し
て複数の給電点を介して異なる周波数の高周波を給電す
る際に、複数の高周波電源から発振される発振周波数を
20〜200MHzの範囲とし、かつ複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の20
%以内とし、該発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより単一の放電電極に生じる電圧分布の包
絡線成分を単一の放電電極に沿って変位させ、単一の放
電電極内に生じる電圧分布における定在波の発生を抑制
するので、大面積の製膜およびエッチング処理等に高高
周波(VHF)を用いて1m×1mをも越えるような非
常に大きな基板や薄膜の表面に対し、均一な処理を行う
ことができる。プラズマCVD製膜等においては高高周
波であるにも拘わらず広範囲にわたりプラズマ密度を均
一化できる。例えば、2m×2m角という非常に大きな
領域範囲において、本発明の方法を用いればプラズマ分
布を±7%の範囲内に抑えることができ、太陽電池用シ
リコン薄膜半導体で必要とされる均一性を実質的に達成
することができる。According to the present invention, for a single discharge electrode
High frequency power of different frequency via multiple feeding points
The oscillating frequency oscillated from multiple high frequency power supplies
Multiple high frequency power supplies in the range of 20 to 200 MHz
The difference in the oscillating frequency between the
%, And a modulated wave component is generated due to the difference in the oscillation frequency.
This causes the envelope of the voltage distribution generated on a single discharge electrode.
Displaces the tangential component along a single discharge electrode to create a single discharge.
Suppresses the generation of standing waves in the voltage distribution inside the electrode
Therefore, it is possible to perform uniform processing on a very large substrate or thin film surface exceeding 1 m × 1 m by using high frequency (VHF) for large area film formation and etching processing. In plasma CVD film formation or the like, the plasma density can be made uniform over a wide range despite the high frequency. For example, in a very large area range of 2 m × 2 m square, the plasma distribution can be suppressed within a range of ± 7% by using the method of the present invention, and the uniformity required in the silicon thin film semiconductor for solar cells can be obtained. Can be substantially achieved.
【図1】本発明の第1の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路および反応容器を
示す構成ブロック図。FIG. 1 is a configuration block diagram showing a high frequency power supply circuit and a reaction container of an apparatus used in a method for supplying power to a discharge electrode according to a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施形態により得られた2m×2mサイ
ズ基板の処理を目的としたプラズマ発光強度分布の均一
性を測定した結果を示す特性線図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing the result of measuring the uniformity of plasma emission intensity distribution for the purpose of processing the 2 m × 2 m size substrate obtained according to the first embodiment.
【図3】本発明の第2の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。FIG. 3 is a configuration block diagram showing a high frequency power supply circuit of an apparatus used for a method of supplying power to a discharge electrode according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。FIG. 4 is a configuration block diagram showing a high frequency power supply circuit of an apparatus used in a method for supplying power to a discharge electrode according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第4の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。FIG. 5 is a configuration block diagram showing a high frequency power supply circuit of an apparatus used for a method of supplying power to a discharge electrode according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第5の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。FIG. 6 is a configuration block diagram showing a high frequency power supply circuit of an apparatus used in a method for supplying power to a discharge electrode according to a fifth embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第7の実施形態に係る放電電極への給
電方法に用いた装置の高周波電源回路を示す構成ブロッ
ク図。FIG. 7 is a configuration block diagram showing a high frequency power supply circuit of an apparatus used in a method for supplying power to a discharge electrode according to a seventh embodiment of the present invention.
【図8】従来の平行平板電極の裏側中央の1点に給電す
る方式のPCVD装置を示す断面ブロック図。FIG. 8 is a cross-sectional block diagram showing a conventional PCVD apparatus that feeds power to one point in the center of the back side of a conventional parallel plate electrode.
【図9】従来のラダー電極の4点に給電する方式のPC
VD装置を示す断面ブロック図。FIG. 9 is a conventional PC in which power is supplied to four points of a ladder electrode.
Sectional block diagram showing a VD device.
【図10】図9の従来装置を別の方向から見た図。FIG. 10 is a view of the conventional device of FIG. 9 seen from another direction.
【図11】100MHzで電極の1点に給電したときの
電圧分布およびイオン飽和電流分布をそれぞれ示す特性
線図。FIG. 11 is a characteristic diagram showing a voltage distribution and an ion saturation current distribution when power is supplied to one point of an electrode at 100 MHz.
【図12】60MHzおよび100MHzでラダー電極
に4点給電したときの電圧分布を示す特性線図。FIG. 12 is a characteristic diagram showing a voltage distribution when four points are fed to a ladder electrode at 60 MHz and 100 MHz.
【図13】100MHzで平行平板電極の一端をリアク
タンスで終端したときの電圧分布を示す特性線図。FIG. 13 is a characteristic diagram showing a voltage distribution when one end of a parallel plate electrode is terminated with a reactance at 100 MHz.
1A,1B,1C,1D,1E,1F…プラズマCVD
装置、
2…反応容器、
3…アース電極(基板ヒータ)、
5a,5b…高周波電源、
6a,6a1,6a2,6b,6b1,6b2…パワーメー
タ、
7a,7b…整合器、
8a,8b…同軸ケーブル、
9,9a,9b1,9b2…給電点、
16…基板、
17…ガス供給管、
18…排気管、
20…発信器、
22…保護回路、
24a,24b…アイソレータ、
26,26a,26b…分配器、
30a,30b…位相検出器、
33…位相シフト器、
34…ファンクションジェネレータ、
40…ミキサー、
50…AM変調発振器、
100…平行平板電極型プラズマCVD装置、
110…ラダー電極型プラズマCVD装置、
303…ラダー電極、
304…縦方向電極棒、
305…横方向電極棒。1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F ... Plasma CVD
Apparatus, 2 ... reaction vessel, 3 ... ground electrode (substrate heater), 5a, 5b ... high-frequency power source, 6a, 6a 1, 6a 2 , 6b, 6b 1, 6b 2 ... power meter, 7a, 7b ... matcher, 8a , 8b ... coaxial cable, 9, 9a, 9b 1, 9b 2 ... feeding point, 16 ... substrate, 17 ... gas supply pipe, 18 ... exhaust pipe, 20 ... transmitter, 22 ... protection circuit, 24a, 24b ... isolator, 26, 26a, 26b ... Distributor, 30a, 30b ... Phase detector, 33 ... Phase shifter, 34 ... Function generator, 40 ... Mixer, 50 ... AM modulation oscillator, 100 ... Parallel plate electrode type plasma CVD apparatus, 110 ... Ladder electrode type plasma CVD device, 303 ... Ladder electrode, 304 ... Vertical electrode rod, 305 ... Horizontal electrode rod.
フロントページの続き (72)発明者 竹内 良昭 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 真島 浩 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 青井 辰史 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重 工業株式会社長崎造船所内 (72)発明者 村田 正義 長崎県長崎市深堀町五丁目717番地1 長菱エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−14769(JP,A) 特開 昭57−131374(JP,A) 特開 平5−156451(JP,A) 特開 平7−142400(JP,A) 特開 平10−326698(JP,A) 特開2000−164578(JP,A) 特開 平10−303188(JP,A) 特開2000−150196(JP,A) 特開 平1−149965(JP,A) 特開 平5−291155(JP,A) 特開 平1−195273(JP,A) 特開 平6−204178(JP,A) 特開 平7−74162(JP,A) 特開 平7−288196(JP,A) 特開 平6−302588(JP,A) 特開 昭56−33839(JP,A) 特開 昭60−86831(JP,A) 特開 昭58−186937(JP,A) 特開 昭58−125830(JP,A) 特開 平11−126698(JP,A) 特公 平5−70930(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/205 C23C 16/505 H01L 21/3065 H05H 1/46 (72) Inventor Yoshiaki Takeuchi 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Hiroshi Majima 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industry Co., Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Tatsufumi Aoi 1-1, Atunoura-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries Ltd. Nagasaki Shipyard (72) Inventor Masayoshi Murata 5-717, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Prefecture (56) References JP-A-7-14769 (JP, A) JP-A-57-131374 (JP, A) JP-A-5-156451 (JP, A) JP-A-7-142400 (JP, A) JP 10-326698 (JP, A) JP 2000-164578 (JP, A) JP 10-303188 (JP, A) JP 2000-150196 (JP, A) JP 1-149965 (JP, A) JP 5-291155 (JP, A) JP 1-195273 (JP, A) JP 6-204178 (JP, A) JP 7 -74162 (JP, A) JP 7-288196 (JP, A) JP 6-302588 (JP, A) JP 56-33839 (JP, A) JP 60-86831 (JP, A) ) JP-A-58-186937 (JP, A) JP-A-58-125830 (JP, A) JP-A-11-126698 (JP, A) JP-B-5-70930 (JP, B2) (58) Field (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/205 C23C 16/505 H01L 21/3065 H05H 1/46
Claims (15)
と単一の放電電極とを放電容器内に離間させて対面配置
し、該放電電極と被処理基板との間に実質的に均一な放
電状態を広範囲に発生させる放電電極への給電方法であ
って、前記単一の放電電極はラダー状または網目状をなし、複
数の 給電点を介して前記単一の放電電極にそれぞれ異な
る発振周波数の高周波を互いに独立する複数の高周波電
源を用いて供給し、前記複数の高周波電源から発振される発振周波数を20
〜200MHzの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の20
%以内とし、該 発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布
の包絡線成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、
前記単一の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波
の発生を抑制することを特徴とする放電電極への給電方
法。1. A substrate to be processed held by a single holding electrode and a single discharge electrode are arranged face-to-face in a discharge vessel with a space therebetween, and substantially between the discharge electrode and the substrate to be processed. A method of supplying power to a discharge electrode for generating a uniform discharge state in a wide range, wherein the single discharge electrode has a ladder shape or a mesh shape,
Oscillation frequency supplied by using a plurality of high-frequency power source, is oscillated from the plurality of high-frequency power source for independent high frequency respectively different <br/> Ru oscillation frequency to the single discharge electrode via the feeding point number with one another 20
To 200 MHz, and the plurality of high frequency power supplies
The difference in the oscillating frequency between the
% Within the then causes a modulated wave component by the difference of the oscillation frequency, thereby the envelope component of the voltage distribution caused on the single discharge electrode is displaced along said single discharge electrodes,
A method for supplying power to a discharge electrode, characterized in that the generation of a standing wave as a voltage distribution generated in the single discharge electrode is suppressed.
と単一の放電電極とを放電容器内に離間させて対面配置
し、該放電電極と被処理基板との間に実質的に均一な放
電状態を広範囲に発生させる放電電極への給電方法であ
って、 前記単一の放電電極はラダー状または網目状をなし、互
いに独立する複数の高周波電源ごとに設けた給電経路か
らそれぞれ分岐して接続された複数の給電点群を介して
前記単一の放電電極にそれぞれ給電する際に、前記複数
の給電点群の各々に互いに異なる1つの発振周波数の高
周波を供給し、 前記複数の高周波電源から発振される発振周波数を20
〜200MHzの範囲とし、かつ前記複数の高周波電源
間の発振周波数の差を各高周波電源の発振周波数の20
%以内とし、該発振周波数の差により変調波成分を生じ
させ、これにより前記単一の放電電極に生じる電圧分布
の包絡線成分を前記単一の放電電極に沿って変位させ、
前記単一の放電電極内に生じる電圧分布としての定在波
の発生を抑制することを特徴とする放電電極への給電方
法。 2. A substrate to be processed held by a single holding electrode.
And a single discharge electrode are placed facing each other in the discharge vessel.
The discharge electrode and the substrate to be processed,
It is a method of supplying power to the discharge electrode that generates a wide range of electrical states.
Therefore, the single discharge electrodes have a ladder shape or a mesh shape, and
Is it a power supply path provided for each independent high-frequency power source?
Via multiple feed points that are branched and connected
When supplying power to each of the single discharge electrodes,
Of one oscillation frequency that is different from each other
Frequency and supplies an oscillation frequency of 20 from the plurality of high frequency power supplies.
To 200 MHz, and the plurality of high frequency power supplies
The difference in the oscillating frequency between the
%, And a modulated wave component is generated due to the difference in the oscillation frequency.
The resulting voltage distribution on the single discharge electrode.
Displacing the envelope component of along the single discharge electrode,
Standing wave as a voltage distribution generated in the single discharge electrode
Of power supply to discharge electrode characterized by suppressing the generation of electricity
Law.
(ω mod t−k ave z)で表わされる成分を生じさせるこ
とにより、前記単一の放電電極に生じる電圧分布の包絡
線成分として少なくともcos(−ω 1 /v 1 ・z)で表
わされる成分 を前記単一の放電電極に沿って変位させる
ことを特徴とする請求項1または2のいずれか1記載の
方法。 3. At least cos as the modulated wave component
A component represented by (ω mod t−k ave z) is generated.
And the envelope of the voltage distribution generated in the single discharge electrode
Express as at least cos (-ω 1 / v 1 · z) as a line component
Displace the component passed along the single discharge electrode
The method according to claim 1 or 2, characterized in that
Method.
振周波数が異なるか、又は、それぞれの位相差の時間変
化が異なり、前記単一の放電電極に対して対称な位置に
取り付けた複数の給電点から前記単一の放電電極に給電
することを特徴とする請求項1または2のいずれか1記
載の方法。 4. The plurality of high frequency power supplies are respectively
The oscillation frequency is different, or the time difference of each phase difference is changed.
Different from each other, in a symmetrical position with respect to the single discharge electrode.
Powering the single discharge electrode from multiple installed power feed points
Either claim 1 or 2 characterized by the above
How to list.
電電極と当該高周波電源とのインピーダンス整合を行う
整合器と当該高周波電源との間に、サーキュレータおよ
びダミーロード負荷を有するアイソレータを挿入し、該
アイソレータで他の高周波電源から当該高周波電源への
入射高周波電力を削減することにより、当該高周波電源
を保護することを特徴とする請求項1または2のいずれ
か1記載の方法。 5. The plurality of high frequency power supplies are provided in the single discharge.
Impedance matching between the electrode and the high frequency power source
A circulator and a
And an isolator with a dummy load load
An isolator is used to
By reducing the incident high frequency power, the high frequency power source
Either of claim 1 or 2 which protects
Or the method described in 1.
数の平均の4%以内とすることを特徴とする請求項5記
載の方法。 6. The difference between the frequencies of the respective high frequency power supplies is calculated by
6. The number is within 4% of the average of the numbers.
How to list.
ら入射する高周波電力の大きさに応じて当該高周波電源
を除く他の高周波電源からの出力を制限し、他の高周波
電源から当該高周波電源への入射高周波電力を削減する
ことにより、当該高周波電源を保護することを特徴とす
る請求項1または2のいずれか1記載の方法。 7. The single discharge electrode side for each high frequency power source
High frequency power source depending on the size of high frequency power
Limits the output from other high frequency power supplies except
Reduce the incident high frequency power from the power source to the high frequency power source
It is characterized by protecting the high frequency power supply
The method according to claim 1, wherein
該放電電極で発生させるプラズマ中の活性原子の消滅寿
命より短くするか、又は活性分子の消滅寿命より短くす
るか、又はイオンの消滅寿命より短くすることを特徴と
する請求項1または2のいずれか1記載の方法。 8. A cycle, which is the reciprocal of the difference between the oscillation frequencies, is
Extinction lifetime of active atoms in plasma generated at the discharge electrode
Shorter than life or shorter than the annihilation life of the active molecule
Or shorter than the annihilation life of ions
The method according to claim 1, wherein
または2のいずれか1記載の方法。 9. A period, which is the reciprocal of the difference between oscillation frequencies, calculated from the following equation : SiH 3 active molecule lifetime τ: τ = (Δx) 2 / (2D) where D is a diffusion coefficient and D = 2.5 × 10 3 (cm 2 / sec), Δx is shorter than either the distance (cm) from the electrode to the substrate or the life of the hydrogen atom radical of 1.1 × 10 −4 sec. Claim 1
Alternatively, the method according to any one of 2 above.
前記放電電極で発生させるプラズマ中の活性原子の生成
時間の1倍以上10倍以下とするか、又は活性分子の生
成時間の1倍以上10倍以下とするか、又はイオンの生
成時間の1倍以上10倍以下とすることを特徴とする請
求項1または2のいずれか1記載の方法。 10. A cycle, which is the reciprocal of the difference between the oscillation frequencies,
Generation of active atoms in plasma generated at the discharge electrode
1 to 10 times the time, or the active molecule
It is more than 1 time and less than 10 times the growth time, or
A contract characterized by being 1 time or more and 10 times or less of the completion time
The method according to any one of claim 1 or 2.
秒以下とすることを特徴とする請求項1または2のいず
れか1記載の方法。 11. A period, which is the reciprocal of the difference between oscillation frequencies, is set to 1
It is less than or equal to a second, and either of claim 1 or 2 is characterized.
The method according to Reka 1.
下式から計算される原料ガスの放電領域滞在時間t
(秒)よりも長くすることを特徴とする請求項1または
2のいずれか1記載の方法。 t=(S・Δx)/Q Q=(M・R・T)/P ただし、Sは基板面積(cm 2 ) Δxは放電電極から基板までの距離(cm) Qは体積流量(cm 3 /秒) Mは質量流量(mol/秒) Rは気体定数((atm・秒)/(K・cm 3 )) Tはガスの絶対温度(K) Pは放電空間の圧力(atm) 12. A cycle, which is the reciprocal of the difference between oscillation frequencies,
Source gas residence time t in discharge region calculated from the following equation
It is set to be longer than (seconds).
The method according to any one of 2 above. t = (S · Δx) / Q Q = (M · R · T) / P where S is the substrate area (cm 2 ) Δx is the distance from the discharge electrode to the substrate (cm) Q is the volume flow rate (cm 3 / Sec) M is mass flow rate (mol / sec) R is gas constant ((atm · sec) / (K · cm 3 )) T is absolute temperature of gas (K) P is pressure of discharge space (atm)
載の方法を用いて放電ガスプラズマを発生させ、該放電
ガスプラズマを空間的および時間的に移動させることに
より、該放電ガスプラズマ内の活性分子の生成を高効率
化することを特徴とするプラズマ発生方法。 13. The method according to any one of claims 1 to 12.
A discharge gas plasma is generated using the method described in
To move gas plasma spatially and temporally
Highly efficient generation of active molecules in the discharge gas plasma
A method of generating plasma, characterized by:
用いて放電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズ
マを空間的および時間的に移動させることにより、半導
体薄膜の製膜またはエッチングの処理の均一化または高
速化を図ることを特徴とする半導体製造方法。 14. A plasma generating method according to claim 13.
Generating a discharge gas plasma using the discharge gas plasma
The semiconductor is moved by moving the space and time.
Uniform or high degree of body thin film formation or etching process
A method for manufacturing a semiconductor, characterized by accelerating speed.
用いて放電ガスプラズマを発生させ、該放電ガスプラズ
マを空間的および時間的に移動させることにより、被処
理体表面の表面処理の均一化または高速化を図ることを
特徴とする表面処理方法。 15. A plasma generation method according to claim 14.
Generating a discharge gas plasma using the discharge gas plasma
By moving the robot spatially and temporally
To make the surface treatment of the body surface uniform or faster
A characteristic surface treatment method.
Priority Applications (10)
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---|---|---|---|
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TW090100208A TW507256B (en) | 2000-03-13 | 2001-01-04 | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus |
AU11108/01A AU751927B2 (en) | 2000-03-13 | 2001-01-09 | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus |
US09/756,651 US6456010B2 (en) | 2000-03-13 | 2001-01-10 | Discharge plasma generating method, discharge plasma generating apparatus, semiconductor device fabrication method, and semiconductor device fabrication apparatus |
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