JP5601348B2 - Plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus - Google Patents
Plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP5601348B2 JP5601348B2 JP2012113487A JP2012113487A JP5601348B2 JP 5601348 B2 JP5601348 B2 JP 5601348B2 JP 2012113487 A JP2012113487 A JP 2012113487A JP 2012113487 A JP2012113487 A JP 2012113487A JP 5601348 B2 JP5601348 B2 JP 5601348B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- dielectric
- microwave
- substrate
- dielectric plate
- plasma
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
本発明は、表面波励起プラズマの生成に使用されるプラズマ発生ユニット及びこのプラズマ発生ユニットを用いた表面波励起プラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma generation unit used for generating surface wave excitation plasma and a surface wave excitation plasma processing apparatus using the plasma generation unit.
表面波励起プラズマを利用した処理装置が、成膜装置やエッチング装置などに使用されている。これらの表面波励起プラズマ処理装置では、マイクロ波を誘電体板に伝搬させ、誘電体板の表面に生じた表面波によってチャンバー内の処理ガスを励起して表面波励起プラズマを生成する（例えば特許文献１参照。）。 Processing apparatuses using surface wave excitation plasma are used for film forming apparatuses, etching apparatuses, and the like. In these surface wave excitation plasma processing apparatuses, a microwave is propagated to a dielectric plate, and a processing gas in the chamber is excited by a surface wave generated on the surface of the dielectric plate to generate surface wave excitation plasma (for example, a patent) Reference 1).
表面波励起プラズマでは、ある一定以上の電子密度条件（カットオフ条件）になるとマイクロ波がプラズマ中を進むことができず、誘電体板の表面に沿って定在波を形成する。このため、平行平板型プラズマ処理装置などの他の方法と比べて、表面波励起プラズマ処理装置では大面積で均一なプラズマを形成しやすい。 In surface wave excited plasma, when the electron density condition (cut-off condition) exceeds a certain level, the microwave cannot travel through the plasma, and forms a standing wave along the surface of the dielectric plate. For this reason, compared with other methods such as a parallel plate plasma processing apparatus, the surface wave excitation plasma processing apparatus can easily form a uniform plasma with a large area.
表面波励起プラズマ処理装置では、誘電体板の周辺に配置されたガスノズルからチャンバー内に処理ガスを供給する方法が採用されてきた。このため、大面積のプラズマを形成する場合に、周辺部に比べて誘電体板の中心付近に処理ガスが到達しにくい。その結果、処理対象の基板表面上で処理ガス流が不均一になり、プリカーサー濃度分布が悪化するという問題があった。 In the surface wave excitation plasma processing apparatus, a method of supplying a processing gas into a chamber from a gas nozzle arranged around a dielectric plate has been adopted. For this reason, when forming plasma of a large area, the processing gas does not easily reach the vicinity of the center of the dielectric plate as compared with the peripheral portion. As a result, there is a problem that the processing gas flow becomes non-uniform on the surface of the substrate to be processed, and the precursor concentration distribution deteriorates.
上記問題点に鑑み、本発明は、表面波励起プラズマを用いて処理される基板の表面上で均一な処理ガス流を実現できるプラズマ発生ユニット及び表面波励起プラズマ処理装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a plasma generation unit and a surface wave excitation plasma processing apparatus capable of realizing a uniform process gas flow on the surface of a substrate processed using surface wave excitation plasma. To do.
本発明の一態様によれば、（イ）処理対象の基板に対向して自由空間における励起波長の１／４以下の間隔で行方向に沿って互いに離間して配置され、行方向と垂直な列方向に延伸する短冊形状の複数の誘電体を有する誘電体板と、（ロ）複数の誘電体の間において、複数の誘電体と平行に配置された、長手方向に複数の孔を有し、基板と誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、（ハ）励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、（ニ）マイクロ波電源が出力するマイクロ波を複数の誘電体のいずれかに伝搬する導波管とを備え、導波管からマイクロ波を伝播された誘電体から導波管からはマイクロ波を伝播されない誘電体を含む複数の誘電体の全体に渡って連続的に誘電体板に伝搬されるマイクロ波によって処理ガスが励起されて、誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマが生成されるプラズマ発生ユニットが提供される。 According to one aspect of the present invention, (a) the substrate is opposed to the substrate to be processed and is spaced apart from each other along the row direction at intervals of 1/4 or less of the excitation wavelength in free space, and is perpendicular to the row direction. a dielectric plate having a plurality of dielectric strip shape extending in the column direction, the (b) a plurality of Oite between the dielectric, disposed parallel to a plurality of dielectric, longitudinally into a plurality of holes a plurality a gas introducing pipe for introducing a process gas between the substrate and the dielectric, the microwave power source for outputting a microwave (c) an excitation wavelength, the microwave output (d) Microwave power A plurality of dielectrics including a dielectric that does not propagate microwaves from a dielectric that propagates microwaves from the waveguide. over the processing gas by the microwaves continuously propagated to the dielectric plate Cause is, the plasma generating unit electron density across the surface of the dielectric plate surface wave excited plasma uniform is generated is provided.
本発明の他の態様によれば、（イ）自由空間における励起波長の１／４以下の幅で列方向に延伸するストライプ状の溝が処理対象の基板と対向する対向面に形成されて表面が短冊形状の複数の領域に分割された誘電体を有する誘電体板と、（ロ）溝の内部に配置され、長手方向に複数の孔を有し、基板と誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、（ハ）励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、（ニ）マイクロ波電源が出力するマイクロ波を複数の領域のいずれかに伝搬する導波管とを備え、導波管からマイクロ波を伝播された領域から導波管からはマイクロ波を伝播されない領域を含む誘電体の全体に渡って連続的に誘電体板に伝搬されるマイクロ波によって処理ガスが励起されて、誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマが生成されるプラズマ発生ユニットが提供される。 According to another aspect of the present invention, it is formed on the opposing surface striped grooves facing the substrate to be processed extending in the column direction at less than 1/4 of the width of the excitation wavelength in (a) free-space surface A dielectric plate having a dielectric divided into a plurality of strip-shaped regions, and (b) a plurality of holes disposed in the longitudinal direction and having a plurality of holes in the longitudinal direction, and a processing gas between the substrate and the dielectric (C) a microwave power source that outputs a microwave having an excitation wavelength, and (d) a waveguide that propagates the microwave output by the microwave power source to one of a plurality of regions. And the processing gas is generated by the microwave that is continuously propagated to the dielectric plate from the region where the microwave is propagated from the waveguide to the entire dielectric including the region where the microwave is not propagated from the waveguide. are excited, the electron density across the surface of the dielectric plate Plasma generation unit surface wave excited plasma like is generated is provided.
本発明の更に他の態様によれば、（イ）処理対象の基板が格納されるチャンバーと、（ロ）基板に対向して自由空間における励起波長の１／４以下の間隔で行方向に沿って互いに離間して配置され、行方向と垂直な列方向に延伸する短冊形状の複数の誘電体を有する誘電体板と、（ハ）複数の誘電体の間において、複数の誘電体と平行に配置された、長手方向に複数の孔を有し、基板と誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、（ニ）励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、（ホ）マイクロ波電源が出力するマイクロ波を複数の誘電体のいずれかに伝搬する導波管とを備え、導波管からマイクロ波を伝播された誘電体から導波管からはマイクロ波を伝播されない誘電体を含む複数の誘電体の全体に渡って連続的に誘電体板に伝搬されたマイクロ波によって励起された処理ガスの誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマを用いてチャンバー内で基板を処理する表面波励起プラズマ処理装置が提供される。 According to still another aspect of the present invention, (a) a chamber in which a substrate to be processed is stored, and (b) facing the substrate along the row direction at intervals equal to or less than ¼ of the excitation wavelength in free space. is arranged separately Te, a dielectric plate having a plurality of dielectric strip shape extending in the row direction perpendicular column, Oite between (c) a plurality of dielectric, a plurality of dielectric A gas introduction tube that is arranged in parallel and has a plurality of holes in the longitudinal direction and introduces a processing gas between the substrate and the dielectric; and (d) a microwave power source that outputs a microwave having an excitation wavelength; (E) a waveguide for propagating the microwave output from the microwave power source to one of a plurality of dielectrics, and the microwave from the dielectric propagated by the microwave from the waveguide continuously dielectric throughout the plurality of dielectric comprising a dielectric that is not propagated Surface wave excited plasma processing apparatus for processing a substrate is provided an electron density by using a surface wave excited plasma uniformly in the chamber across the propagated processing gas excited by microwave dielectric plate surface of the The
本発明の更に他の態様によれば、（イ）処理対象の基板が格納されるチャンバーと、（ロ）自由空間における励起波長の１／４以下の幅で列方向に延伸するストライプ状の溝が基板と対向する対向面に形成されて表面が短冊形状の複数の領域に分割された誘電体を有する誘電体板と、（ハ）溝の内部に配置され、長手方向に複数の孔を有し、基板と誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、（ニ）励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、（ホ）マイクロ波電源が出力するマイクロ波を複数の領域のいずれかに伝搬する導波管とを備え、導波管からマイクロ波を伝播された領域から導波管からはマイクロ波を伝播されない領域を含む誘電体の全体に渡って連続的に誘電体板に伝搬されたマイクロ波によって励起された処理ガスの誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマを用いてチャンバー内で基板を処理する表面波励起プラズマ処理装置が提供される。
According to still another aspect of the present invention, (a) a chamber in which a substrate to be processed is stored, and (b) a striped groove extending in the column direction with a width equal to or less than ¼ of the excitation wavelength in free space. And a dielectric plate having a dielectric formed on a facing surface facing the substrate and having a surface divided into a plurality of strip-shaped regions, and (c) a plurality of holes arranged in the longitudinal direction and having a plurality of holes in the longitudinal direction. A gas introduction tube for introducing a processing gas between the substrate and the dielectric, (d) a microwave power source that outputs a microwave having an excitation wavelength, and (e) a plurality of microwaves output by the microwave power source . A waveguide propagating in one of the regions, and continuously dielectric from the region where the microwave is propagated from the waveguide to the entire dielectric including the region where the microwave is not propagated from the waveguide Processing excited by microwaves propagated to the body plate Scan of the surface wave electron density across the surface of the dielectric plate to process substrates in the chamber using a surface wave excited plasma uniformly excited plasma processing apparatus is provided.
本発明によれば、表面波励起プラズマを用いて処理される基板の表面上で均一な処理ガス流を実現できるプラズマ発生ユニット及び表面波励起プラズマ処理装置を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus which can implement | achieve a uniform process gas flow on the surface of the board | substrate processed using surface wave excitation plasma can be provided.
図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiment of the present invention has the following structure and arrangement of components. It is not something specific. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る表面波励起プラズマ処理装置１は、チャンバー２０と、チャンバー２０内に格納された処理対象の基板２００と対向して配置される誘電体板１０と、チャンバー２０内に処理ガスを導入するガス導入管１２と、マイクロ波を出力するマイクロ波電源４０と、マイクロ波電源４０が出力したマイクロ波を誘電体板１０に伝搬する導波管３０とを備える。基板２００は、図示を省略する基板ホルダーによってチャンバー２０内で支持されている。また、排気装置６０によって、チャンバー２０内は排気される。
(First embodiment)
The surface wave excitation plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention includes a chamber 20, a dielectric plate 10 disposed to face a substrate 200 to be processed stored in the chamber 20, and a chamber 20. A gas introduction tube 12 that introduces a processing gas, a microwave power source 40 that outputs a microwave, and a waveguide 30 that propagates the microwave output from the microwave power source 40 to the dielectric plate 10 are provided. The substrate 200 is supported in the chamber 20 by a substrate holder (not shown). Further, the inside of the chamber 20 is exhausted by the exhaust device 60.
誘電体板１０は、チャンバー２０の内側に配置され、基板２００に対向して励起波長の１／４以下の間隔で行方向に沿って互いに離間して配置され、行方向と垂直な列方向に延伸する短冊形状の誘電体１１１〜１１３を有する。ここで、「励起波長」とは、チャンバー２０内にて処理ガスのプラズマを励起するためにマイクロ波電源４０が出力するマイクロ波の波長である。基板２００に対向する誘電体１１１〜１１３の対向面１０１は、表面波励起プラズマを励起するマイクロ波が伝搬する伝搬面である。 The dielectric plates 10 are arranged inside the chamber 20, are opposed to the substrate 200 and are spaced apart from each other along the row direction at intervals of ¼ or less of the excitation wavelength, and in the column direction perpendicular to the row direction. It has strip-shaped dielectrics 111 to 113 that extend. Here, the “excitation wavelength” is the wavelength of the microwave output from the microwave power source 40 to excite the plasma of the processing gas in the chamber 20. The facing surfaces 101 of the dielectrics 111 to 113 facing the substrate 200 are propagation surfaces through which microwaves that excite surface wave excitation plasma propagate.
ガス導入管１２は、誘電体間１１１〜１１３間に配置され、基板２００と誘電体１１１〜１１３との間に処理ガスを導入する。図１では、ガス導入管１２が配置される誘電体１１１〜１１３間の隙間を凹部１２０として示している。 The gas introduction pipe 12 is disposed between the dielectrics 111 to 113 and introduces a processing gas between the substrate 200 and the dielectrics 111 to 113. In FIG. 1, a gap between the dielectrics 111 to 113 in which the gas introduction pipe 12 is disposed is shown as a recess 120.
図１に示した表面波励起プラズマ処理装置１では、誘電体板１０、ガス導入管１２、導波管３０及びマイクロ波電源４０を有するプラズマ発生ユニット５によって処理ガスが励起され、チャンバー２０内でプラズマ処理が行われる。具体的には、マイクロ波電源４０から出力されて導波管３０に導入されたマイクロ波が、スロットアンテナ５０を介して誘電体板１０に伝搬される。そして、ガス導入管１２からチャンバー２０内に導入されたマイクロ波のエネルギーによって、チャンバー２０内の処理ガスのプラズマが励起される。プラズマの電子密度が表面波発生の臨界密度を越えると、マイクロ波は表面波となってプラズマと誘電体板１０との境界面に沿って伝搬し、誘電体板１０の全域に広がる。これにより、誘電体板１０の面積に対応する領域に高密度の表面波励起プラズマが生成される。この表面波励起プラズマを利用して、基板２００に対して成膜やエッチングなどのプラズマ処理が行われる。 In the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, a processing gas is excited by a plasma generation unit 5 having a dielectric plate 10, a gas introduction tube 12, a waveguide 30, and a microwave power source 40, and Plasma processing is performed. Specifically, the microwave output from the microwave power supply 40 and introduced into the waveguide 30 is propagated to the dielectric plate 10 via the slot antenna 50. The plasma of the processing gas in the chamber 20 is excited by the energy of the microwave introduced into the chamber 20 from the gas introduction pipe 12. When the electron density of the plasma exceeds the critical density of surface wave generation, the microwave becomes a surface wave and propagates along the boundary surface between the plasma and the dielectric plate 10 and spreads over the entire area of the dielectric plate 10. As a result, high-density surface wave excitation plasma is generated in a region corresponding to the area of the dielectric plate 10. Plasma treatment such as film formation and etching is performed on the substrate 200 using the surface wave excitation plasma.
図１に示したスロットアンテナ５０は、導波管３０の底板を貫通して列方向に延伸する長矩形の開口部として形成されている。スロットアンテナ５０よって、マイクロ波が導波管３０から誘電体板１０に伝搬する。スロットアンテナ５０の形状やサイズは、誘電体板１０に伝搬されるマイクロ波の波長などに応じて適宜設定される。 The slot antenna 50 shown in FIG. 1 is formed as a long rectangular opening extending through the bottom plate of the waveguide 30 in the column direction. The slot antenna 50 propagates microwaves from the waveguide 30 to the dielectric plate 10. The shape and size of the slot antenna 50 are appropriately set according to the wavelength of the microwave propagated to the dielectric plate 10.
図２に示すように、矩形の対向面１０１間の凹部１２０に、多数のガスノズル１２１が表面に形成されたガス導入管１２が配置されている。そして、処理ガスの供給源（図示略）からガス導入管１２の内部に供給された処理ガスが、ガスノズル１２１からチャンバー２０内に導入される。その結果、基板２００と対向する対向面１０１の全面に渡って処理ガスが導入される。ガス導入管１２の形状は、例えば円筒形や管形などである。 As shown in FIG. 2, a gas introduction pipe 12 having a large number of gas nozzles 121 formed on the surface thereof is disposed in a recess 120 between rectangular opposing surfaces 101. Then, the processing gas supplied from the processing gas supply source (not shown) into the gas introduction pipe 12 is introduced into the chamber 20 from the gas nozzle 121. As a result, the processing gas is introduced over the entire surface 101 facing the substrate 200. The shape of the gas introduction tube 12 is, for example, a cylindrical shape or a tube shape.
既に述べたように、誘電体板１０を構成する誘電体１１１〜１１３の間隔は、マイクロ波電源４０が出力するマイクロ波の波長である励起波長の１／４以下である。以下に示すように、マイクロ波が伝搬する面（伝搬面）にマイクロ波の波長の１／４以下の隙間があっても、伝播面でのマイクロ波の伝搬は殆ど影響を受けない。 As already described, the distance between the dielectrics 111 to 113 constituting the dielectric plate 10 is ¼ or less of the excitation wavelength, which is the wavelength of the microwave output from the microwave power supply 40. As shown below, even if there is a gap of 1/4 or less of the wavelength of the microwave on the surface where the microwave propagates (propagation surface), the propagation of the microwave on the propagation surface is hardly affected.
例として、誘電体板１０Ａの表面において形成される表面波励起プラズマの電子密度分布をラングミュアプローブ法によって測定した結果を図３に示す。図３に示したグラフは、誘電体板１０Ａの中心Ｃからの距離と電子密度との関係を示す。なお、誘電体板１０Ａの中心Ｃから誘電体板１０Ａの端部までの長さは１６８．２５ｍｍである。また、誘電体板１０Ａに伝搬されたマイクロ波の周波数は２．４５ＧＨｚである。 As an example, FIG. 3 shows the result of measuring the electron density distribution of the surface wave excited plasma formed on the surface of the dielectric plate 10A by the Langmuir probe method. The graph shown in FIG. 3 shows the relationship between the distance from the center C of the dielectric plate 10A and the electron density. The length from the center C of the dielectric plate 10A to the end of the dielectric plate 10A is 168.25 mm. The frequency of the microwave propagated to the dielectric plate 10A is 2.45 GHz.
図３に示すように、誘電体板１０Ａの表面では一様な電子密度が、誘電体板１０Ａの端部よりも外側で急激に低下する。しかし、誘電体板１０Ａの端部から外側に距離ｄまでの電子密度は、誘電体板１０Ａの表面と同等である。図３から、誘電体板１０Ａの端部から距離ｄの位置は誘電体板１０Ａの中心Ｃから２００ｍｍであり、したがって距離ｄは約３０ｍｍである。周波数が２．４５ＧＨｚのマイクロ波の波長は約１２０ｍｍであるから、誘電体板１０Ａの端部から１／４波長の距離までは、誘電体板１０Ａの表面と端部の外側とで、マイクロ波による表面波励起プラズマの電子密度が同等であることが分かる。 As shown in FIG. 3, the uniform electron density on the surface of the dielectric plate 10 </ b> A rapidly decreases outside the end portion of the dielectric plate 10 </ b> A. However, the electron density from the end of the dielectric plate 10A to the distance d to the outside is equal to the surface of the dielectric plate 10A. From FIG. 3, the position of the distance d from the end of the dielectric plate 10A is 200 mm from the center C of the dielectric plate 10A, and therefore the distance d is about 30 mm. Since the wavelength of the microwave having a frequency of 2.45 GHz is about 120 mm, the microwave is generated on the surface of the dielectric plate 10A and the outside of the end portion from the end of the dielectric plate 10A to a distance of ¼ wavelength. It can be seen that the electron density of the surface wave-excited plasma is equivalent.
したがって、励起波長の１／４以下の幅の凹部１２０を挟んで複数の対向面１０１が隣接して配置された構成の誘電体板１０の表面には、電子密度が一様のプラズマが形成される。 Accordingly, plasma having a uniform electron density is formed on the surface of the dielectric plate 10 having a configuration in which the plurality of opposing surfaces 101 are arranged adjacent to each other with the recess 120 having a width equal to or less than ¼ of the excitation wavelength. The
上記のように、誘電体板１０は、基板２００に対向する面が平坦に連続する誘電体板と同等に扱うことができる。例えばマイクロ波電源４０が周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波を出力する場合に誘電体１１１〜１１３を５ｍｍ程度の間隔で配置することにより、複数の対向面１０１は平坦に連続する１つの面として扱える。 As described above, the dielectric plate 10 can be handled in the same manner as a dielectric plate in which the surface facing the substrate 200 continues flat. For example, when the microwave power source 40 outputs microwaves having a frequency of 2.45 GHz, the opposing surfaces 101 can be handled as a single flat surface by arranging the dielectrics 111 to 113 at intervals of about 5 mm.
そして、誘電体１１１〜１１３間の凹部１２０にガス導入管１２が配置される。このため、誘電体板１０の表面には、チャンバー２０内に処理ガスを吹き出す多数のガスノズル１２１が配置されていることになる。したがって、大面積のプラズマを形成する場合でも、誘電体板１０の中心付近における処理ガスの濃度と周辺部における処理ガスの濃度に差はない。その結果、図１に示した表面波励起プラズマ処理装置１では、基板２００上で処理ガス流が均一になり、均一なプリカーサー濃度分布を実現できる。 And the gas introduction pipe | tube 12 is arrange | positioned in the recessed part 120 between the dielectric materials 111-113. For this reason, a large number of gas nozzles 121 for blowing the processing gas into the chamber 20 are arranged on the surface of the dielectric plate 10. Therefore, even when a large-area plasma is formed, there is no difference between the concentration of the processing gas in the vicinity of the center of the dielectric plate 10 and the concentration of the processing gas in the peripheral portion. As a result, in the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, the processing gas flow becomes uniform on the substrate 200, and a uniform precursor concentration distribution can be realized.
励起波長が短いほど、凹部１２０の設定可能な幅は短くなる。凹部１２０の幅は、励起波長の１／４以下であれば、ガス導入管１２を配置できる幅であればよい。 The shorter the excitation wavelength, the shorter the settable width of the recess 120. The width of the recess 120 may be a width that allows the gas introduction tube 12 to be disposed as long as it is 1/4 or less of the excitation wavelength.
また、凹部１２０の個数は、誘電体板１０の面積などに応じて設定される。具体的には、凹部１２０間の距離が広くなって誘電体板１０上で処理ガス量が不均一にならないように、凹部１２０の個数及び間隔が決定される。また、誘電体板１０の面積は、チャンバー２０内に形成するプラズマの面積、即ち基板２００の大きさに応じて決定される。 Further, the number of the recesses 120 is set according to the area of the dielectric plate 10 and the like. Specifically, the number and interval of the recesses 120 are determined so that the distance between the recesses 120 is not increased and the amount of processing gas is not uniform on the dielectric plate 10. The area of the dielectric plate 10 is determined in accordance with the area of plasma formed in the chamber 20, that is, the size of the substrate 200.
表面波励起プラズマ処理装置１を用いて、例えばプラズマＣＶＤ法により基板２００の表面に膜が形成される。この場合、成膜用の処理ガスをガス導入管１２からチャンバー２０内に導入しながら排気装置６０によって処理ガスをチャンバー２０から排気することにより、チャンバー２０内を所定の圧力に設定する。その後、マイクロ波電源４０から出力されたマイクロ波によって、既に説明したように処理ガスがプラズマ化される。形成されたプラズマに基板２００を曝すことにより、処理ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板２００の露出した表面に形成される。 Using the surface wave excitation plasma processing apparatus 1, a film is formed on the surface of the substrate 200 by plasma CVD, for example. In this case, the inside of the chamber 20 is set to a predetermined pressure by exhausting the processing gas from the chamber 20 by the exhaust device 60 while introducing the processing gas for film formation into the chamber 20 from the gas introduction pipe 12. Thereafter, the processing gas is turned into plasma by the microwave output from the microwave power source 40 as described above. By exposing the substrate 200 to the formed plasma, a desired thin film whose main component is a raw material contained in the processing gas is formed on the exposed surface of the substrate 200.
図４に、図１に示した表面波励起プラズマ処理装置１を用いて基板２００上に窒化ケイ素膜を形成した場合の、膜厚分布のグラフを示す。基板２００の成膜面は対角線の長さが１０インチである。図４の縦軸は基板２００の中心から列方向の距離であり、横軸は基板２００の中心から行方向の距離である。 FIG. 4 shows a graph of the film thickness distribution when a silicon nitride film is formed on the substrate 200 using the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 shown in FIG. The film formation surface of the substrate 200 has a diagonal length of 10 inches. The vertical axis in FIG. 4 is the distance in the column direction from the center of the substrate 200, and the horizontal axis is the distance in the row direction from the center of the substrate 200.
なお、処理ガスは、シラン（ＳｉＨ4)ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス及びアルゴン（Ａｒ）ガスの混合ガスである。また、列方向３００ｍｍ、行方向５００ｍｍである誘電体板１０に誘電体１１１〜１１３を配置した。 The processing gas is a mixed gas of silane (SiH 4 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas, and argon (Ar) gas. Further, the dielectrics 111 to 113 are arranged on the dielectric plate 10 having a column direction of 300 mm and a row direction of 500 mm.
基板２００上に形成された窒化ケイ素膜の最大膜厚は４３１．０ｎｍ、最小膜厚は４１０．１ｎｍ、平均膜厚は４２５．１ｎｍであった。そして、膜厚ばらつきが±２．４９％以下の良好な面内分布が得られた。これに対し、本発明者らが誘電体板の周辺から処理ガスを導入する方法で形成した薄膜では、基板面内の膜厚ばらつきは±１０％程度であった。このように、図１に示した誘電体板１０を用いることにより、膜厚分布が改善されることが確認された。 The maximum film thickness of the silicon nitride film formed on the substrate 200 was 431.0 nm, the minimum film thickness was 410.1 nm, and the average film thickness was 425.1 nm. A good in-plane distribution with a thickness variation of ± 2.49% or less was obtained. On the other hand, in the thin film formed by the present inventors using the method of introducing the processing gas from the periphery of the dielectric plate, the film thickness variation within the substrate surface was about ± 10%. Thus, it was confirmed that the film thickness distribution was improved by using the dielectric plate 10 shown in FIG.
表面波励起プラズマ処理装置１をプラズマＣＶＤ装置として使用した場合、大面積非晶質シリコン膜、ゲート絶縁膜、有機ＥＬ封止膜などの成膜処理を実行できる。 When the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 is used as a plasma CVD apparatus, film forming processes such as a large area amorphous silicon film, a gate insulating film, and an organic EL sealing film can be performed.
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係る表面波励起プラズマ処理装置１では、誘電体板１０の基板２００に対向する面に、励起するプラズマの電子密度分布が一定であるように設定された間隔で複数の誘電体１１１〜１１３を配置する。具体的には、誘電体１１１〜１１３の間隔を励起波長の１／４以下にする。そして、誘電体１１１〜１１３の隙間から処理ガスをチャンバー２０内に導入することにより、誘電体板１０の中心付近と周辺部とで均等の濃度で処理ガスが導入される。したがって、処理対象の基板２００の表面上全体に渡って処理ガス流が均一である。その結果、基板２００の表面上で均一なプリカーサー濃度分布を実現できる。 As described above, in the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention, the electron density distribution of the plasma to be excited is constant on the surface of the dielectric plate 10 facing the substrate 200. A plurality of dielectrics 111 to 113 are arranged at intervals set as described above. Specifically, the interval between the dielectrics 111 to 113 is set to ¼ or less of the excitation wavelength. Then, by introducing the processing gas into the chamber 20 from the gap between the dielectrics 111 to 113, the processing gas is introduced at a uniform concentration in the vicinity of the center of the dielectric plate 10 and the peripheral portion. Accordingly, the processing gas flow is uniform over the entire surface of the substrate 200 to be processed. As a result, a uniform precursor concentration distribution can be realized on the surface of the substrate 200.
（第２の実施形態）
図１に示した表面波励起プラズマ処理装置１では、誘電体板１０が短冊形状の複数の誘電体１１１〜１１３を有する例を示した。本発明の第２の実施形態に係る表面波励起プラズマ処理装置１は、図５に示すように、誘電体板１０が、ストライプ状の複数の溝１２５が形成された表面を有する１つの誘電体を有する。溝１２５は列方向に延伸し、行方向に沿って互いに離間して配列されている。誘電体板１０の表面に形成された溝１２５の幅は、励起波長の１／４以下である。図５では溝１２５の数が２本である例を示したが、溝１２５の数が３本以上、或いは１本であってもよい。
(Second Embodiment)
In the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1, an example in which the dielectric plate 10 has a plurality of strip-shaped dielectrics 111 to 113 is shown. In the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 according to the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, the dielectric plate 10 has a single dielectric having a surface on which a plurality of stripe-shaped grooves 125 are formed. Have The grooves 125 extend in the column direction and are spaced apart from each other along the row direction. The width of the groove 125 formed on the surface of the dielectric plate 10 is ¼ or less of the excitation wavelength. Although FIG. 5 shows an example in which the number of the grooves 125 is two, the number of the grooves 125 may be three or more or one.
図５に示したプラズマ発生ユニット５において、溝１２５の幅が励起波長の１／４以下であり、且つ、溝１２５の中にガス導入管１２が配置される。これにより、誘電体板１０の全面に渡って多数のガスノズル１２１が配置される。このため、図５に示した表面波励起プラズマ処理装置１によれば、処理対象の基板２００の表面上全体に渡って処理ガス流は均一であり、基板２００の表面上で均一なプリカーサー濃度分布を実現できる。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。 In the plasma generation unit 5 shown in FIG. 5, the width of the groove 125 is ¼ or less of the excitation wavelength, and the gas introduction pipe 12 is disposed in the groove 125. Thereby, a large number of gas nozzles 121 are arranged over the entire surface of the dielectric plate 10. Therefore, according to the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 5, the processing gas flow is uniform over the entire surface of the substrate 200 to be processed, and the precursor concentration distribution is uniform on the surface of the substrate 200. Can be realized. Others are substantially the same as those in the first embodiment, and redundant description is omitted.
（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
上記では、表面波励起プラズマ処理装置１が成膜装置である例を説明したが、誘電体板１０を使用して表面波励起プラズマによるエッチング装置を構成してもよい。その場合、ガス導入管１２からエッチング用の処理ガスがチャンバー２０内に導入されて、大面積の基板２００の表面を均一にエッチングできる。また、大面積を均一に処理するオゾンクリーニング装置などに、誘電体板１０を使用した表面波励起プラズマによる表面処理装置を適用可能である。 Although the example in which the surface wave excitation plasma processing apparatus 1 is a film forming apparatus has been described above, an etching apparatus using surface wave excitation plasma may be configured using the dielectric plate 10. In that case, an etching process gas is introduced into the chamber 20 from the gas introduction pipe 12, and the surface of the large-area substrate 200 can be uniformly etched. Further, a surface treatment apparatus using surface wave excitation plasma using the dielectric plate 10 can be applied to an ozone cleaning apparatus that uniformly treats a large area.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことはもちろんである。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
１…表面波励起プラズマ処理装置
５…プラズマ発生ユニット
１０…誘電体板
１２…ガス導入管
２０…チャンバー
３０…導波管
４０…マイクロ波電源
５０…スロットアンテナ
６０…排気装置
１１１〜１１３…誘電体
１２０…凹部
１２１…ガスノズル
１２５…溝
２００…基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Surface wave excitation plasma processing apparatus 5 ... Plasma generating unit 10 ... Dielectric board 12 ... Gas introduction tube 20 ... Chamber 30 ... Waveguide 40 ... Microwave power supply 50 ... Slot antenna 60 ... Exhaust device 111-113 ... Dielectric 120 ... concave portion 121 ... gas nozzle 125 ... groove 200 ... substrate
Claims (6)
前記複数の誘電体の間において、前記複数の誘電体と平行に配置された、長手方向に複数の孔を有し、前記基板と前記誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、
前記励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
前記マイクロ波電源が出力する前記マイクロ波を前記複数の誘電体のいずれかに伝搬する導波管と
を備え、前記導波管から前記マイクロ波を伝播された前記誘電体から前記導波管からは前記マイクロ波を伝播されない誘電体を含む前記複数の誘電体の全体に渡って連続的に前記誘電体板に伝搬されるマイクロ波によって前記処理ガスが励起されて、前記誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマが生成されることを特徴とするプラズマ発生ユニット。 A plurality of strip-shaped dielectrics facing the substrate to be processed and spaced apart from each other along the row direction at intervals of 1/4 or less of the excitation wavelength in free space and extending in the column direction perpendicular to the row direction A dielectric plate having a body;
Oite between the plurality of dielectric, said a plurality of parallel to the dielectric has a plurality of holes in a longitudinal direction, a gas introduction for introducing a process gas between the substrate and the dielectric Tube,
A microwave power source that outputs microwaves of the excitation wavelength;
A waveguide for propagating the microwave output from the microwave power source to one of the plurality of dielectrics, from the dielectric propagated by the microwave from the waveguide, from the waveguide The process gas is excited by microwaves that are continuously propagated to the dielectric plate throughout the plurality of dielectrics including the dielectric that is not propagated by the microwave , and the surface of the dielectric plate is A plasma generation unit characterized in that surface-wave-excited plasma having a uniform electron density is generated in the entire region .
前記溝の内部に配置され、長手方向に複数の孔を有し、前記基板と前記誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、
前記励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
前記マイクロ波電源が出力する前記マイクロ波を前記複数の領域のいずれかに伝搬する導波管と
を備え、前記導波管から前記マイクロ波を伝播された領域から前記導波管からは前記マイクロ波を伝播されない領域を含む前記誘電体の全体に渡って連続的に前記誘電体板に伝搬されるマイクロ波によって前記処理ガスが励起されて、前記誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマが生成されることを特徴とするプラズマ発生ユニット。 Dielectric body in which stripe-like grooves extending in the column direction with a width equal to or less than ¼ of the excitation wavelength in free space are formed on the opposing surface facing the substrate to be processed, and the surface is divided into a plurality of strip-shaped regions A dielectric plate having
A gas introduction pipe disposed inside the groove, having a plurality of holes in the longitudinal direction, and introducing a processing gas between the substrate and the dielectric;
A microwave power source that outputs microwaves of the excitation wavelength;
A waveguide for propagating the microwave output from the microwave power source to any of the plurality of regions, and from the region where the microwave is propagated from the waveguide to the microwave The processing gas is excited by the microwave that is continuously propagated to the dielectric plate over the entire dielectric including the region where the wave is not propagated , and the electron density is uniform over the entire surface of the dielectric plate. A plasma generation unit characterized in that a surface-wave-excited plasma is generated.
前記基板に対向して自由空間における励起波長の１／４以下の間隔で行方向に沿って互いに離間して配置され、前記行方向と垂直な列方向に延伸する短冊形状の複数の誘電体を有する誘電体板と、
前記複数の誘電体の間において、前記複数の誘電体と平行に配置された、長手方向に複数の孔を有し、前記基板と前記誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、
前記励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
前記マイクロ波電源が出力する前記マイクロ波を前記複数の誘電体のいずれかに伝搬する導波管と
を備え、前記導波管から前記マイクロ波を伝播された前記誘電体から前記導波管からは前記マイクロ波を伝播されない誘電体を含む前記複数の誘電体の全体に渡って連続的に前記誘電体板に伝搬された前記マイクロ波によって励起された前記処理ガスの前記誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマを用いて前記チャンバー内で前記基板を処理することを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。 A chamber in which a substrate to be processed is stored;
A plurality of strip-shaped dielectrics facing the substrate and spaced apart from each other along the row direction at intervals of 1/4 or less of the excitation wavelength in free space and extending in the column direction perpendicular to the row direction. A dielectric plate having,
Oite between the plurality of dielectric, said a plurality of parallel to the dielectric has a plurality of holes in a longitudinal direction, a gas introduction for introducing a process gas between the substrate and the dielectric Tube,
A microwave power source that outputs microwaves of the excitation wavelength;
A waveguide for propagating the microwave output from the microwave power source to one of the plurality of dielectrics, from the dielectric propagated by the microwave from the waveguide, from the waveguide Is a surface of the dielectric plate of the processing gas excited by the microwave that is continuously propagated to the dielectric plate throughout the plurality of dielectrics including a dielectric that is not propagated by the microwave . A surface wave excitation plasma processing apparatus, wherein the substrate is processed in the chamber using surface wave excitation plasma having a uniform electron density in the entire region .
自由空間における励起波長の１／４以下の幅で列方向に延伸するストライプ状の溝が前記基板と対向する対向面に形成されて表面が短冊形状の複数の領域に分割された誘電体を有する誘電体板と、
前記溝の内部に配置され、長手方向に複数の孔を有し、前記基板と前記誘電体との間に処理ガスを導入するガス導入管と、
前記励起波長のマイクロ波を出力するマイクロ波電源と、
前記マイクロ波電源が出力する前記マイクロ波を前記複数の領域のいずれかに伝搬する導波管と
を備え、前記導波管から前記マイクロ波を伝播された領域から前記導波管からは前記マイクロ波を伝播されない領域を含む前記誘電体の全体に渡って連続的に前記誘電体板に伝搬された前記マイクロ波によって励起された前記処理ガスの前記誘電体板の表面の全域で電子密度が一様の表面波励起プラズマを用いて前記チャンバー内で前記基板を処理することを特徴とする表面波励起プラズマ処理装置。 A chamber in which a substrate to be processed is stored;
A stripe-shaped groove extending in the column direction with a width of ¼ or less of the excitation wavelength in free space is formed on the facing surface facing the substrate, and the surface has a dielectric divided into a plurality of strip-shaped regions. A dielectric plate;
A gas introduction pipe disposed inside the groove, having a plurality of holes in the longitudinal direction, and introducing a processing gas between the substrate and the dielectric;
A microwave power source that outputs microwaves of the excitation wavelength;
A waveguide for propagating the microwave output from the microwave power source to any of the plurality of regions, and from the region where the microwave is propagated from the waveguide to the microwave The electron density is uniform over the entire surface of the dielectric plate of the processing gas excited by the microwave continuously propagated to the dielectric plate over the entire dielectric including a region where waves are not propagated. surface wave is characterized by treating said substrate within said chamber using a surface wave excited plasma-like excited plasma processing apparatus.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012113487A JP5601348B2 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012113487A JP5601348B2 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013239415A JP2013239415A (en) | 2013-11-28 |
| JP5601348B2 true JP5601348B2 (en) | 2014-10-08 |
Family
ID=49764266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012113487A Expired - Fee Related JP5601348B2 (en) | 2012-05-17 | 2012-05-17 | Plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5601348B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017111534A1 (en) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | 한국기초과학지원연구원 | Liquid treatment device that generates plasma on water surface |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4756540B2 (en) * | 2005-09-30 | 2011-08-24 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and method |
| JP5111806B2 (en) * | 2006-08-02 | 2013-01-09 | 東京エレクトロン株式会社 | Plasma processing apparatus and method |
| JP5096047B2 (en) * | 2007-06-14 | 2012-12-12 | 東京エレクトロン株式会社 | Microwave plasma processing apparatus and microwave transmission plate |
| JP2011040416A (en) * | 2007-11-06 | 2011-02-24 | Tohoku Univ | Plasma processing apparatus and external air shielding vessel |
| JP2010277971A (en) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Tokyo Electron Ltd | Plasma processing apparatus and power supply method for plasma processing apparatus |
| JP2012089334A (en) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Tokyo Electron Ltd | Microwave plasma source and plasma processing apparatus |
-
2012
- 2012-05-17 JP JP2012113487A patent/JP5601348B2/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017111534A1 (en) * | 2015-12-23 | 2017-06-29 | 한국기초과학지원연구원 | Liquid treatment device that generates plasma on water surface |
| KR101821864B1 (en) * | 2015-12-23 | 2018-03-08 | 한국기초과학지원연구원 | The liquid treatment apparatus for generating plasma at the water surface |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2013239415A (en) | 2013-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9196460B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| US8610353B2 (en) | Plasma generating apparatus, plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| KR101362914B1 (en) | Antenna, dielectric window, plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| JP5103223B2 (en) | Microwave plasma processing apparatus and method of using microwave plasma processing apparatus | |
| JPWO2005064660A1 (en) | Microwave plasma processing method, microwave plasma processing apparatus and plasma head thereof | |
| US7934468B2 (en) | Plasma processing apparatus and plasma processing method | |
| JP3787297B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| JP5601348B2 (en) | Plasma generation unit and surface wave excitation plasma processing apparatus | |
| TW201508809A (en) | Plasma processing device and plasma processing method | |
| CN100593361C (en) | Plasma processing apparatus and method | |
| JP2011021210A (en) | Ecr plasma source and ecr plasma apparatus | |
| JP5329796B2 (en) | Plasma processing equipment | |
| CN101395963A (en) | Method and apparatus for implementing high efficiency plasma traps | |
| KR101514080B1 (en) | Plasma chemical vapor deposition apparatus | |
| CN102326458A (en) | Plasma processing device | |
| JP2009146837A (en) | Surface wave exciting plasma treatment device | |
| KR102015011B1 (en) | Plasma Processing Apparatus And Plasma Processing Method | |
| JP2013128085A (en) | Plasma processing apparatus and gas supply component | |
| KR20230069553A (en) | Surface wave plasma excitation device based on multi-port SSPA source | |
| JP2004200390A (en) | Plasma processing system | |
| JP2010219004A (en) | Plasma generator | |
| JP2006173372A (en) | Plasma source, surface wave excitation plasma CVD apparatus including the same, and film forming method | |
| KR20210058957A (en) | Plasma treatment device and plasma treatment method | |
| JPH10255999A (en) | Microwave excited plasma equipment | |
| KR101104638B1 (en) | Plasma processing apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131022 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20131125 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131217 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140203 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140722 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140804 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5601348 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |