JPH10172793A - Plasma generator - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマイオン
源、プラズマスパッタリング装置などに用いられるプラ
ズマ発生装置、特に、アモルファスシリコン太陽電池、
薄膜トランジスタ、光センサ、半導体保護膜など各種電
子デバイスに使用される大面積薄膜の製造に適用される
プラズマ化学蒸着装置(プラズマCVD装置)として用
いられるプラズマ発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generator used for a plasma ion source, a plasma sputtering apparatus, etc., and more particularly, to an amorphous silicon solar cell,
The present invention relates to a plasma generation device used as a plasma chemical vapor deposition device (plasma CVD device) applied to the production of large-area thin films used for various electronic devices such as thin film transistors, optical sensors, and semiconductor protective films.
【0002】[0002]
【従来の技術】図5に、従来のプラズマ発生装置の構成
図を示す。また図6に、従来の大面積アモルファスシリ
コン薄膜を製造するために適用されるプラズマCVD装
置に構成図を示す。2. Description of the Related Art FIG. 5 shows a configuration diagram of a conventional plasma generator. FIG. 6 shows a configuration diagram of a conventional plasma CVD apparatus applied to manufacture a large-area amorphous silicon thin film.
【0003】まず、図5のプラズマ発生装置について説
明する。真空容器1内には、グロー放電プラズマを発生
させるための電極2と接地電極3とが互いに対向して配
置されている。電極2には、高周波電源4から例えば1
3.56MHzの周波数の電力が、インピーダンスマッ
チング回路5、第1の高周波ケーブル6及び電力導入端
子7を介して供給される。接地電極3は、真空容器1及
び第2高周波ケーブル8を介してアース9に接続されて
いる。また、前記インピーダンスマッチング回路5の接
地側端子は、第3の高周波ケーブル10により真空容器
1に接続されている。[0003] First, the plasma generator of FIG. 5 will be described. In the vacuum vessel 1, an electrode 2 for generating glow discharge plasma and a ground electrode 3 are arranged to face each other. The electrode 2 is connected to the
Power having a frequency of 3.56 MHz is supplied via the impedance matching circuit 5, the first high-frequency cable 6, and the power introduction terminal 7. The ground electrode 3 is connected to the ground 9 via the vacuum vessel 1 and the second high-frequency cable 8. The ground terminal of the impedance matching circuit 5 is connected to the vacuum vessel 1 by a third high-frequency cable 10.
【0004】真空容器1内には、流量計を有するボンベ
(図示せず)からガス管11を通して所定のガスが供給
され、真空容器1内のガスは排気管12を通して真空ポ
ンプ(図示せず)により排気される。真空容器1内部に
は、高電圧パルス電源18に接続されたトリガ電極17
が配置されている。また、プラズマ引き出し用メッシュ
電極19は発生したイオンを別室のプラズマ処理室20
に引き出すための電極である。A predetermined gas is supplied into the vacuum vessel 1 from a cylinder (not shown) having a flow meter through a gas pipe 11, and the gas in the vacuum vessel 1 is passed through an exhaust pipe 12 to a vacuum pump (not shown). Exhausted by A trigger electrode 17 connected to a high-voltage pulse power supply 18 is provided inside the vacuum vessel 1.
Is arranged. Also, the plasma extraction mesh electrode 19 transfers the generated ions to another plasma processing chamber 20.
This is an electrode for drawing out.
【0005】このプラズマ発生装置は以下のようにして
作動させる。まず、真空容器1内を排気する。その後、
反応ガス導入管11を通して、例えばモノシランと水素
との混合ガスを供給し、真空容器1内の圧力を0.05
〜0.5Torrに保ち、高周波電源4から電極2、3
に電圧を印加する。この状態で、高電圧パルス電源18
からトリガ電極17に高電圧パルスを印加することによ
り、放電初期の電子密度を増加させ、高周波電源4によ
って印加される電界により電極2、3間にグロー放電プ
ラズマを点灯して維持する。なお、トリガ電極17を使
用しない場合、高周波電源4から印加する電圧を十分大
きくすることによってプラズマを点灯する。[0005] This plasma generator is operated as follows. First, the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated. afterwards,
For example, a mixed gas of monosilane and hydrogen is supplied through the reaction gas introduction pipe 11, and the pressure in the vacuum vessel 1 is reduced to 0.05.
~ 0.5 Torr, and from the high frequency power supply 4 to the electrodes 2,3
Voltage. In this state, the high-voltage pulse power supply 18
By applying a high voltage pulse to the trigger electrode 17, the electron density at the initial stage of the discharge is increased, and the glow discharge plasma is turned on and maintained between the electrodes 2 and 3 by the electric field applied by the high frequency power supply 4. When the trigger electrode 17 is not used, the plasma is turned on by increasing the voltage applied from the high frequency power supply 4 sufficiently.
【0006】次に、図6のプラズマCVD装置について
説明する。このプラズマCVD装置の放電部の構成は図
5とほぼ同様である。すなわち、真空容器1内には、グ
ロー放電プラズマを発生させるための電極2と接地電極
3が互いに対向して配置されている。電極2には、高周
波電源4から例えば13.56MHzの周波数の電力
が、インピーダンスマッチング回路5、第1の高周波ケ
ーブル6及び電力導入端子7を介して供給される。接地
電極3は、真空容器1及び第2高周波ケーブル8を介し
てアース9に接続されている。また、前記インピーダン
スマッチング回路5の接地側端子は、第3の高周波ケー
ブル10により真空容器1に接続されている。Next, the plasma CVD apparatus shown in FIG. 6 will be described. The configuration of the discharge section of this plasma CVD apparatus is almost the same as that of FIG. That is, in the vacuum vessel 1, the electrode 2 for generating glow discharge plasma and the ground electrode 3 are arranged to face each other. Power of a frequency of, for example, 13.56 MHz is supplied to the electrode 2 from the high-frequency power supply 4 via the impedance matching circuit 5, the first high-frequency cable 6, and the power introduction terminal 7. The ground electrode 3 is connected to the ground 9 via the vacuum vessel 1 and the second high-frequency cable 8. The ground terminal of the impedance matching circuit 5 is connected to the vacuum vessel 1 by a third high-frequency cable 10.
【0007】真空容器1内には、流量計を有するボンベ
(図示せず)からガス管11を通して所定のガスが供給
され、真空容器1内のガスは排気管12を通して真空ポ
ンプ(図示せず)により排気される。基板13は電極
2、3と平行に、すなわち電極2、3間の電界に直交す
るように配置される。A predetermined gas is supplied into the vacuum vessel 1 from a cylinder (not shown) having a flow meter through a gas pipe 11, and the gas in the vacuum vessel 1 is passed through an exhaust pipe 12 to a vacuum pump (not shown). Exhausted by The substrate 13 is arranged in parallel with the electrodes 2 and 3, that is, orthogonal to the electric field between the electrodes 2 and 3.
【0008】このプラズマCVD装置は以下のようにし
て作動させる。まず、真空ポンプ(図示せず)を用いて
真空容器1内を排気する。その後、反応ガス導入管11
を通して、例えばモノシランと水素との混合ガスを供給
し、真空容器1内の圧力を0.05〜0.5Torrに
保ち、高周波電源4から電極2、3に電圧を印加する。
この状態で、高電圧パルス電源18からトリガ電極17
に高電圧パルスを印加することにより、放電初期の電子
密度を増加させ、高周波電源4によって印加される電界
により電極2、3間にグロー放電プラズマを点灯して維
持する。なお、トリガ電極17を使用しない場合、高周
波電源4から印加する電圧を十分大きくすることによっ
てプラズマを点灯する。こうしてプラズマ中にラジカル
を生成させ、基板13の表面に均一な非晶質薄膜を形成
する。[0008] This plasma CVD apparatus is operated as follows. First, the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated using a vacuum pump (not shown). Then, the reaction gas introduction pipe 11
, A mixed gas of monosilane and hydrogen is supplied, the pressure in the vacuum vessel 1 is maintained at 0.05 to 0.5 Torr, and a voltage is applied from the high frequency power supply 4 to the electrodes 2 and 3.
In this state, the trigger electrode 17 is
By applying a high voltage pulse to the electrodes, the electron density at the initial stage of the discharge is increased, and the glow discharge plasma is turned on and maintained between the electrodes 2 and 3 by the electric field applied by the high frequency power supply 4. When the trigger electrode 17 is not used, the plasma is turned on by increasing the voltage applied from the high frequency power supply 4 sufficiently. Thus, radicals are generated in the plasma, and a uniform amorphous thin film is formed on the surface of the substrate 13.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】図5および図6に示し
た従来の装置において、トリガ電極17に高電圧パルス
を印加してプラズマを点灯する場合、以下の課題が生じ
ていた。 (1)トリガ電極17を真空容器1内に取り付ける必要
があるため、調整するには大気開放しなければならず、
セッティングが面倒である。In the conventional apparatus shown in FIGS. 5 and 6, when a high voltage pulse is applied to the trigger electrode 17 to turn on the plasma, the following problems occur. (1) Since the trigger electrode 17 needs to be mounted in the vacuum vessel 1, the trigger electrode 17 must be opened to the atmosphere for adjustment.
Setting is troublesome.
【0010】(2)トリガ電極17は真空容器1内に露
出しているため、特に真空容器1内の清浄度が要求され
るプラズマCVD装置では不純物源となりうる。一方、
図5および図6に示した従来の装置において、トリガ電
極17を使用せずに高周波電源4から十分大きな電圧を
印加してプラズマを点灯する場合には、初期に投入され
るエネルギーが大きくなるため、下地となる基板13に
損傷を与えるという問題が生じる。(2) Since the trigger electrode 17 is exposed in the vacuum vessel 1, it can be an impurity source particularly in a plasma CVD apparatus in which cleanness of the vacuum vessel 1 is required. on the other hand,
In the conventional apparatus shown in FIGS. 5 and 6, when a sufficiently high voltage is applied from the high-frequency power supply 4 to turn on the plasma without using the trigger electrode 17, the energy input at the beginning becomes large. This causes a problem that the substrate 13 serving as a base is damaged.
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、真空
容器内に不純物源となる点灯手段を設けることなくプラ
ズマを点灯でき、真空容器を大気開放することなく調整
でき、しかも初期投入エネルギーを低減して基板の損傷
を防止できるプラズマ発生装置を提供することを目的と
する。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to turn on plasma without providing a lighting means serving as an impurity source in the vacuum vessel, adjust the plasma without opening the vacuum vessel to the atmosphere, and reduce the initial input energy. It is an object of the present invention to provide a plasma generating apparatus capable of preventing the substrate from being damaged by reduction.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明のプラズマ発生装
置は、真空容器と、この真空容器に原料ガスを導入して
排気する手段と、前記真空容器内に収容された接地電極
及びプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生用電極に
グロー放電用電力を供給する電源を有するプラズマ発生
装置において、プラズマ発生領域で前記電極間に印加さ
れる電界に直交する方向に磁界を発生する磁界発生装置
と、前記磁界発生装置にパルス電圧を供給する励磁用パ
ルス電圧発生装置とを具備したプラズマ点灯手段を設け
たことを特徴とするものである。According to the present invention, there is provided a plasma generating apparatus comprising: a vacuum vessel; means for introducing and exhausting a raw material gas into the vacuum vessel; a ground electrode housed in the vacuum vessel; An electrode, in a plasma generator having a power supply for supplying glow discharge power to the plasma generation electrode, a magnetic field generator that generates a magnetic field in a direction orthogonal to an electric field applied between the electrodes in a plasma generation region; A plasma lighting means including an excitation pulse voltage generator for supplying a pulse voltage to the magnetic field generator is provided.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】本発明のプラズマ発生装置は、プ
ラズマ発生領域で電極間に印加される電界に直交する方
向に磁界を発生する磁界発生装置と、この磁界発生装置
にパルス電圧を供給する励磁用パルス電圧発生装置とを
具備したプラズマ点灯手段を設けたものである。そし
て、プラズマ発生開始時に瞬間的に(パルス的に)磁界
を発生させ、電子の運動が磁力線に巻き付く性質を利用
して、瞬間的にプラズマ発生領域内に電子を捕捉してプ
ラズマを点灯させるようにしている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A plasma generator according to the present invention generates a magnetic field in a direction perpendicular to an electric field applied between electrodes in a plasma generation region, and supplies a pulse voltage to the magnetic field generator. A plasma lighting means having an excitation pulse voltage generator is provided. At the start of plasma generation, a magnetic field is instantaneously (pulsely) generated, and by utilizing the property of the movement of electrons wrapping around the lines of magnetic force, electrons are instantaneously captured in the plasma generation region to turn on the plasma. Like that.
【0014】このとき、次の(I)〜(III)の条件を満
たすことができれば、電離回数を増加させることができ
るので、放電開始電圧を引き下げる効果が得られる。 (I)磁界による荷電粒子の捕捉半径(ラーモア半径と
呼ばれる)が電極間距離の1/2よりも小さい。At this time, if the following conditions (I) to (III) can be satisfied, the number of times of ionization can be increased, so that the effect of lowering the firing voltage can be obtained. (I) The capture radius of the charged particles due to the magnetic field (referred to as Larmor radius) is smaller than 1/2 of the distance between the electrodes.
【0015】(II)磁界による電子衝突周波数が、電子
の熱運動による中性粒子(ガス)との衝突周波数よりも
大きい。 (III)電子−中性粒子間の衝突に関して、1回の衝突か
ら次の衝突までの間に、電子が電界により十分加速さ
れ、媒質ガスを電離させるに十分なエネルギーを持つ。(II) The collision frequency of electrons due to a magnetic field is higher than the collision frequency with neutral particles (gas) due to thermal motion of electrons. (III) Regarding the collision between electrons and neutral particles, between one collision and the next collision, electrons are sufficiently accelerated by the electric field and have sufficient energy to ionize the medium gas.
【0016】以下、(I)〜(III)の条件をより詳細に
解析する。なお、以下の議論では、B:磁束密度
(T)、κ:ボルツマン定数=1.6×10-19 (J/
eV)、Te :電子温度(eV)、me :電子質量=
9.1×10-31 (kg)、e:電子電荷=1.6×1
0-19 (C)、d:電極間距離(m)、N:中性粒子
(ガス)密度(m-3)、σ:電子−中性粒子間衝突断面
積(m2 )、Ve :電子熱運動速度(m/s)とする。Hereinafter, the conditions (I) to (III) will be analyzed in more detail. In the following discussion, B: magnetic flux density (T), κ: Boltzmann constant = 1.6 × 10 −19 (J /
eV), Te : electron temperature (eV), me : electron mass =
9.1 × 10 −31 (kg), e: electronic charge = 1.6 × 1
0 -19 (C), d: distance between electrodes (m), N: density of neutral particles (gas) (m -3 ), σ: cross section of collision between electrons and neutral particles (m 2 ), V e : The electron thermal velocity (m / s).
【0017】まず、(I)の条件について検討する。電
子は、電子の熱運動と磁界との相互作用力を向心力とし
て受ける円運動をするので、ラーモア半径Rは次式で表
される。First, the condition (I) will be examined. The electrons make a circular motion that receives the interaction force between the thermal motion of the electrons and the magnetic field as a centripetal force, so the Larmor radius R is expressed by the following equation.
【0018】R=me Ve /(e・B)=me (3κT
e /me )1/2 /(e・B) したがって、(I)の条件は次式で表される。 me (3κTe /me )1/2 /(e・B)<d/2 (3) 式(3)からわかるように、作用させる磁界は大きい方
が望ましい。この式(3)を整理することにより、下記
式(1)が導き出される。[0018] R = m e V e / ( e · B) = m e (3κT
e / me ) 1/2 / (eB) Therefore, the condition (I) is expressed by the following equation. m e (3κT e / m e ) 1/2 / (e · B) <d / 2 (3) As can be seen from the equation (3), it is desirable that the applied magnetic field be large. By rearranging this equation (3), the following equation (1) is derived.
【0019】 B>2(3κTe me )1/2 /(e・d) (1) 次に、(II)の条件について検討する。電子衝突周波数
feeは、磁界による円運動の周期で表される。B> 2 (3κT e m e ) 1/2 / (ed) (1) Next, the condition (II) will be examined. The electron collision frequency f ee is represented by the period of a circular motion due to a magnetic field.
【0020】fee=e・B/(2πme ) (4) 一方、電子の熱運動による電子−中性粒子衝突周波数f
egは、中性粒子の圧力と等価である粒子密度及び衝突断
面積を用いて次式で記述される。F ee = e · B / (2πm e ) (4) On the other hand, the electron-neutral particle collision frequency f due to the thermal motion of electrons
eg is described by the following equation using the particle density and the collision cross section equivalent to the pressure of the neutral particles.
【0021】 feg=Ve (2)1/2 Nσ=(6κTe /me )1/2 Nσ (5) したがって、(II)の条件は次式で表される。 e・B/(2πme )>(6κTe /me )1/2 Nσ この式を整理することにより、下記式(2)が導き出さ
れる。[0021] f eg = V e (2) 1/2 Nσ = (6κT e / m e) 1/2 Nσ (5) Therefore, the condition of (II) is represented by the following formula. By organizing e · B / (2πm e) > (6κT e / m e) 1/2 Nσ this equation, the following equation (2) is derived.
【0022】 B>2π(6κTe me )1/2 Nσ/e (2) 式(2)からわかるように、作用させる磁界の磁束密度
と中性粒子密度は比例関係にある。例えば、通常作用さ
せることができる100ガウス程度の磁束密度の場合、
ガス圧力としては100mTorr程度が上限となる。[0022] B> 2 [pi As can be seen from (6κT e m e) 1/2 Nσ / e (2) Equation (2), magnetic flux density and neutral density of the magnetic field to act is proportional. For example, in the case of a magnetic flux density of about 100 gauss that can be normally operated,
The upper limit of the gas pressure is about 100 mTorr.
【0023】最後に、(III)の条件については、ガスの
種類及び電極の配置(電界の印加方法)に応じて大きく
異なるため一般化は困難である。上述した条件のうち、
(I)及び(II)の条件は磁界を用いて放電開始電圧を
引き下げるための必要条件であることがわかる。そし
て、約100mTorr以下の低真空下での放電に対し
て磁界を印加することにより、放電開始時に投入するエ
ネルギーを変えずに放電を開始して維持させることがで
きる。すなわち、磁界を作用させない場合と比較して放
電開始時に投入するエネルギーを低下させることができ
るので、基板の損傷を抑止できる。Finally, it is difficult to generalize the condition (III) because it greatly differs depending on the type of gas and the arrangement of electrodes (electric field application method). Of the above conditions,
It can be seen that the conditions (I) and (II) are necessary conditions for lowering the firing voltage using a magnetic field. Then, by applying a magnetic field to the discharge under a low vacuum of about 100 mTorr or less, the discharge can be started and maintained without changing the energy input at the start of the discharge. That is, since the energy input at the start of the discharge can be reduced as compared with the case where no magnetic field is applied, damage to the substrate can be suppressed.
【0024】[0024]
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。図1は本
発明に係るプラズマCVD装置の構成図、図2は同図の
平面図である。真空容器1内には、グロー放電プラズマ
を発生させるための電極2と接地電極3が互いに対向し
て配置されている。電極2には、高周波電源4から例え
ば13.56MHzの周波数の電力が、インピーダンス
マッチング回路5、第1の高周波ケーブル6及び電力導
入端子7を介して供給される。接地電極3は、真空容器
1及び第2高周波ケーブル8を介してアース9に接続さ
れている。また、前記インピーダンスマッチング回路5
の接地側端子は、第3の高周波ケーブル10により真空
容器1に接続されている。真空容器1内には、流量計を
有するボンベ(図示せず)からガス管11を通して所定
のガスが供給され、真空容器1内のガスは排気管12を
通して真空ポンプ(図示せず)により排気される。基板
13は電極2、3と平行に、すなわち電極2、3間の電
界に直交するように配置される。Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a structural view of a plasma CVD apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of the same figure. In the vacuum vessel 1, an electrode 2 for generating glow discharge plasma and a ground electrode 3 are arranged to face each other. Power of a frequency of, for example, 13.56 MHz is supplied to the electrode 2 from the high-frequency power supply 4 via the impedance matching circuit 5, the first high-frequency cable 6, and the power introduction terminal 7. The ground electrode 3 is connected to the ground 9 via the vacuum vessel 1 and the second high-frequency cable 8. The impedance matching circuit 5
Is connected to the vacuum vessel 1 by a third high-frequency cable 10. A predetermined gas is supplied into the vacuum vessel 1 from a cylinder (not shown) having a flow meter through a gas pipe 11, and the gas in the vacuum vessel 1 is exhausted by a vacuum pump (not shown) through an exhaust pipe 12. You. The substrate 13 is arranged in parallel with the electrodes 2 and 3, that is, orthogonal to the electric field between the electrodes 2 and 3.
【0025】また、図1及び図2に示すように、真空容
器1の外部には、電極2、3間に印加される電界に直交
する方向に磁界を発生する1対の有限長ソレノイドコイ
ル14a、14bと、これらのコイル14a、14bに
パルス電圧を供給する励磁用パルス電圧発生装置15と
を具備したプラズマ点灯手段が設けられている。As shown in FIGS. 1 and 2, a pair of finite length solenoid coils 14a for generating a magnetic field in a direction orthogonal to an electric field applied between the electrodes 2 and 3 are provided outside the vacuum vessel 1. , 14b, and an excitation pulse voltage generator 15 for supplying a pulse voltage to these coils 14a, 14b.
【0026】このプラズマCVD装置は以下のようにし
て作動させる。まず、真空ポンプ(図示せず)を用いて
真空容器1内を排気する。その後、反応ガス導入管11
を通して、例えばモノシランと水素との混合ガスを供給
し、真空容器1内の圧力を0.05〜0.5Torrに
保ち、高周波電源4から電極2、3に電圧を印加する。
これと同時に、励磁用パルス電圧発生装置15からコイ
ル14a、14bにパルス幅1秒程度のパルス電圧を印
加し、放電領域にガス圧力に応じた磁力(100ガウス
程度)を発生させる。この結果、放電初期の電子密度が
増加し、高周波電源4による電界により電極2、3間に
グロー放電プラズマ16が点灯して維持される。こうし
てプラズマ中にラジカルを生成させ、基板13の表面に
均一な非晶質薄膜を形成することができる。This plasma CVD apparatus is operated as follows. First, the inside of the vacuum vessel 1 is evacuated using a vacuum pump (not shown). Then, the reaction gas introduction pipe 11
, A mixed gas of monosilane and hydrogen is supplied, the pressure in the vacuum vessel 1 is maintained at 0.05 to 0.5 Torr, and a voltage is applied from the high frequency power supply 4 to the electrodes 2 and 3.
At the same time, a pulse voltage having a pulse width of about 1 second is applied to the coils 14a and 14b from the excitation pulse voltage generator 15 to generate a magnetic force (about 100 gauss) in the discharge region according to the gas pressure. As a result, the electron density at the initial stage of the discharge increases, and the glow discharge plasma 16 is turned on and maintained between the electrodes 2 and 3 by the electric field generated by the high frequency power supply 4. Thus, radicals are generated in the plasma, and a uniform amorphous thin film can be formed on the surface of the substrate 13.
【0027】以上のように真空容器1の外部に設けたコ
イル14a、14b及び励磁用パルス電圧発生装置15
を具備したプラズマ点灯手段によりプラズマを点灯でき
るので、これらのプラズマ点灯手段が不純物源となるこ
とはない。また、真空容器1を大気開放することなくプ
ラズマ点灯手段を調整できる。しかも、本発明のプラズ
マCVD装置では、初期投入エネルギーを低減して基板
の損傷を防止できる。具体的に、アルゴン圧力50mT
orr(中性粒子密度1.6×1021cm-3)、電極間
距離40mm、投入電力密度0.01W/cm2 の条件
下でプラズマを点灯する実験を行った。その結果、従来
の装置ではトリガー電極を使用しないと放電しなかった
のに対して、本発明の装置では磁束密度100ガウスの
磁界を印加することによりトリガー電極を使用すること
なしに放電を開始することができた。As described above, the coils 14a and 14b and the excitation pulse voltage generator 15 provided outside the vacuum vessel 1 are provided.
Since plasma can be lit by the plasma lighting means provided with these, these plasma lighting means do not become an impurity source. Further, the plasma lighting means can be adjusted without opening the vacuum vessel 1 to the atmosphere. Moreover, in the plasma CVD apparatus of the present invention, the initial input energy can be reduced to prevent the substrate from being damaged. Specifically, an argon pressure of 50 mT
An experiment was conducted in which plasma was turned on under the conditions of orr (neutral particle density: 1.6 × 10 21 cm −3 ), the distance between electrodes: 40 mm, and the input power density: 0.01 W / cm 2 . As a result, whereas the conventional device did not discharge without the use of the trigger electrode, the device of the present invention starts the discharge without using the trigger electrode by applying a magnetic field having a magnetic flux density of 100 Gauss. I was able to.
【0028】また特に、本発明の装置のようなプラズマ
点灯手段を用いてプラズマを点灯させるとともに、特願
平4−113336号に開示されているような回転磁界
印加を用いて非晶質薄膜を形成することにより、高品質
の非晶質薄膜を高速に成膜することができる。In particular, the plasma is lit using plasma lighting means such as the apparatus of the present invention, and the amorphous thin film is formed by applying a rotating magnetic field as disclosed in Japanese Patent Application No. 4-113336. By forming, a high-quality amorphous thin film can be formed at high speed.
【0029】なお、上記実施例では本発明をプラズマC
VD装置に適用した場合について説明したが、本発明は
一般的に高周波放電プラズマを発生するプラズマ発生装
置に適用することができる。本発明に係る一般的なプラ
ズマ発生装置を図3及び図4を参照して説明する。図3
及び図4に示すプラズマ発生装置は、図5の装置におけ
るトリガ電極17および高電圧パルス電源18の代わり
に、真空容器1の外部に電極2、3間に印加される電界
に直交する方向に磁界を発生する1対の有限長ソレノイ
ドコイル14a、14bと、これらのコイル14a、1
4bにパルス電圧を供給する励磁用パルス電圧発生装置
15とを具備したプラズマ点灯手段を設けたものであ
る。このようなプラズマ発生装置でも、図1及び図2に
示したプラズマCVD装置の場合と同様な効果を得るこ
とができる。In the above embodiment, the present invention is applied to the plasma C
Although the case where the present invention is applied to a VD apparatus has been described, the present invention can be generally applied to a plasma generator that generates high-frequency discharge plasma. A general plasma generator according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG.
The plasma generating apparatus shown in FIG. 4 has a magnetic field in the direction orthogonal to the electric field applied between the electrodes 2 and 3 outside the vacuum vessel 1 instead of the trigger electrode 17 and the high-voltage pulse power supply 18 in the apparatus shown in FIG. And a pair of finite length solenoid coils 14a, 14b,
4b is provided with a plasma lighting means provided with an excitation pulse voltage generator 15 for supplying a pulse voltage to 4b. Even with such a plasma generator, the same effects as in the case of the plasma CVD apparatus shown in FIGS. 1 and 2 can be obtained.
【0030】[0030]
【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、真
空容器内に不純物源となる点灯手段を設けることなくプ
ラズマを点灯でき、真空容器を大気開放することなく調
整でき、しかも初期投入エネルギーを低減して基板の損
傷を防止できるプラズマ発生装置を提供することが可能
になる。As described above in detail, according to the present invention, plasma can be turned on without providing a lighting means serving as an impurity source in the vacuum vessel, adjustment can be made without opening the vacuum vessel to the atmosphere, and initial charging can be performed. It is possible to provide a plasma generator that can reduce energy and prevent damage to a substrate.
【図1】本発明の実施例におけるプラズマCVD装置の
構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1の平面図。FIG. 2 is a plan view of FIG. 1;
【図3】本発明の実施例におけるプラズマ発生装置の構
成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a plasma generator according to an embodiment of the present invention.
【図4】図3の平面図。FIG. 4 is a plan view of FIG. 3;
【図5】従来のプラズマ発生装置の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional plasma generator.
【図6】従来のプラズマCVD装置の構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional plasma CVD apparatus.
1…真空容器 2…プラズマ発生用電極 3…接地電極 4…高周波電源 5…インピーダンスマッチング回路 6…第1の高周波ケーブル 7…電力導入端子 8…第2高周波ケーブル 9…アース 10…第3の高周波ケーブル 11…ガス管 12…排気管 13…基板 14a、14b…ソレノイドコイル 15…励磁用パルス電圧発生装置 16…グロー放電プラズマ 19…プラズマ引き出し用メッシュ電極 20…プラズマ処理室 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 2 ... Electrode for plasma generation 3 ... Ground electrode 4 ... High frequency power supply 5 ... Impedance matching circuit 6 ... 1st high frequency cable 7 ... Power introduction terminal 8 ... 2nd high frequency cable 9 ... Ground 10 ... 3rd high frequency Cable 11: Gas pipe 12: Exhaust pipe 13: Substrate 14a, 14b: Solenoid coil 15: Pulse voltage generator for excitation 16: Glow discharge plasma 19: Mesh electrode for extracting plasma 20: Plasma processing chamber
Claims (3)
導入して排気する手段と、前記真空容器内に収容された
接地電極及びプラズマ発生用電極と、このプラズマ発生
用電極にグロー放電用電力を供給する電源を有するプラ
ズマ発生装置において、プラズマ発生領域で前記電極間
に印加される電界に直交する方向に磁界を発生する磁界
発生装置と、前記磁界発生装置にパルス電圧を供給する
励磁用パルス電圧発生装置とを具備したプラズマ点灯手
段を設けたことを特徴とするプラズマ発生装置。1. A vacuum vessel, means for introducing and exhausting a source gas into the vacuum vessel, a ground electrode and a plasma generation electrode housed in the vacuum vessel, and a glow discharge electrode A plasma generator having a power supply for supplying power, a magnetic field generator for generating a magnetic field in a direction orthogonal to an electric field applied between the electrodes in a plasma generation region, and an excitation for supplying a pulse voltage to the magnetic field generator A plasma generator comprising a plasma lighting means having a pulse voltage generator.
圧発生装置からパルス電圧を供給して、下記式(1)お
よび式(2)を満たす磁束密度を発生させ、プラズマ発
生用電極−接地電極間にプラズマを点灯させることを特
徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。 B>2(3κTe me )1/2 /(e・d) (1) B>2π(6κTe me )1/2 Nσ/e (2) (ここで、B:磁束密度(T)、κ:ボルツマン定数=
1.6×10-19 (J/eV)、Te :電子温度(e
V)、me :電子質量=9.1×10-31 (kg)、
e:電子電荷=1.6×10-19 (C)、d:電極間距
離(m)、N:中性粒子(ガス)密度(m-3)、σ:電
子−中性粒子間衝突断面積(m2 )である。)2. A pulse voltage is supplied to the magnetic field generator from the excitation pulse voltage generator to generate a magnetic flux density that satisfies the following equations (1) and (2). The plasma generator according to claim 1, wherein plasma is turned on during the period. B> 2 (3κT e m e ) 1/2 / (e · d) (1) B> 2π (6κT e m e) 1/2 Nσ / e (2) ( where, B: magnetic flux density (T) , Κ: Boltzmann constant =
1.6 × 10 −19 (J / eV), Te : electron temperature (e
V), me : electron mass = 9.1 × 10 −31 (kg),
e: electron charge = 1.6 × 10 −19 (C), d: distance between electrodes (m), N: density of neutral particles (gas) (m −3 ), σ: collision between electron and neutral particles Area (m 2 ). )
される電界に直交するように基板を支持し、基板上に非
晶質薄膜を成膜するプラズマCVD装置として用いられ
ることを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。3. A plasma CVD apparatus for supporting a substrate so as to be orthogonal to an electric field applied between a plasma generating electrode and a ground electrode and forming an amorphous thin film on the substrate. The plasma generator according to claim 1.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336878A JPH10172793A (en) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | Plasma generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8336878A JPH10172793A (en) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | Plasma generator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10172793A true JPH10172793A (en) | 1998-06-26 |
Family
ID=18303495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8336878A Pending JPH10172793A (en) | 1996-12-17 | 1996-12-17 | Plasma generator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10172793A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533950A (en) * | 1998-12-30 | 2002-10-08 | ラム リサーチ コーポレーション | Method for igniting a plasma in a plasma processing reactor |
| JP2009141251A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Toshiba Corp | Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus |
| JP2019071291A (en) * | 2014-12-16 | 2019-05-09 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | Ionization device and mass spectrometer therewith |
| CN114162905A (en) * | 2021-11-25 | 2022-03-11 | 柳州市柳铁中心医院 | Device and method for preparing sterilization plasma water by liquid pulse discharge |
| CN114709295A (en) * | 2022-06-06 | 2022-07-05 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | Method and device for reducing attenuation of perc battery piece |
| EP4376557A4 (en) * | 2021-07-21 | 2024-11-13 | Shimadzu Corporation | MASS SPECTROMETRY DEVICE AND MASS SPECTROMETRY METHODS |
-
1996
- 1996-12-17 JP JP8336878A patent/JPH10172793A/en active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002533950A (en) * | 1998-12-30 | 2002-10-08 | ラム リサーチ コーポレーション | Method for igniting a plasma in a plasma processing reactor |
| JP2009141251A (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-25 | Toshiba Corp | Semiconductor manufacturing method and semiconductor manufacturing apparatus |
| JP2019071291A (en) * | 2014-12-16 | 2019-05-09 | カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー | Ionization device and mass spectrometer therewith |
| EP4376557A4 (en) * | 2021-07-21 | 2024-11-13 | Shimadzu Corporation | MASS SPECTROMETRY DEVICE AND MASS SPECTROMETRY METHODS |
| CN114162905A (en) * | 2021-11-25 | 2022-03-11 | 柳州市柳铁中心医院 | Device and method for preparing sterilization plasma water by liquid pulse discharge |
| CN114162905B (en) * | 2021-11-25 | 2024-05-14 | 柳州市柳铁中心医院 | Device and method for preparing degerming plasma water by liquid pulse discharge |
| CN114709295A (en) * | 2022-06-06 | 2022-07-05 | 一道新能源科技(衢州)有限公司 | Method and device for reducing attenuation of perc battery piece |
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