JP7709926B2 - SUBSTRATE PROCESSING APPARATUS AND SUBSTRATE PROCESSING METHOD - Google Patents
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Description
本開示は、基板処理装置及び基板処理方法に関する。 This disclosure relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method.
特許文献1では、チャンバ内の載置台に表面にシリコン酸化膜が形成された被処理体を載置し、載置台の上方に載置台に載置された被処理体に対応するように設けられたシャワープレートの複数のガス吐出孔から載置台上の被処理体に反応ガスであるHFガス及びNH3ガスを吐出する。そして、これらのガスと非処理体表面のシリコン酸化膜とを反応させる処理を行い、その後、この反応により生成した反応生成物を加熱して分解除去することによりエッチングする。また、特許文献1のシャワーヘッドは、シャワープレートを有し、シャワープレートに設けられた複数の第1のガス吐出孔からHFガスを吐出し、シャワープレートに設けられた複数の第2の吐出孔からNH3ガスを吐出する構造である。 In Patent Document 1, a workpiece having a silicon oxide film formed on its surface is placed on a mounting table in a chamber, and reactive gases HF gas and NH3 gas are discharged onto the workpiece on the mounting table from a plurality of gas discharge holes of a shower plate provided above the mounting table so as to correspond to the workpiece placed on the mounting table. Then, a process is performed in which these gases react with the silicon oxide film on the surface of the workpiece, and then etching is performed by heating the reaction product generated by this reaction to decompose and remove it. The shower head in Patent Document 1 has a shower plate, and is structured to discharge HF gas from a plurality of first gas discharge holes provided in the shower plate and discharge NH3 gas from a plurality of second discharge holes provided in the shower plate.
本開示にかかる技術は、ガス種毎のガス拡散室が積層されたシャワーヘッドを用いる場合において、シャワーヘッドから処理空間に別々に供給された二種類のガスの一方が、シャワーヘッド内の他方のガスのガス拡散室へ逆流し混合されるのを抑制する。 When using a showerhead in which gas diffusion chambers for each gas type are stacked, the technology disclosed herein prevents one of two types of gases supplied separately from the showerhead to a processing space from flowing back into the gas diffusion chamber for the other gas inside the showerhead and being mixed.
本開示の一態様は、第1のガスと第2のガスにより基板に処理を施す基板処理装置であって、
前記基板に対し前記処理が施される処理空間を内部に有する処理容器と、前記第1のガスと前記第2のガスとを独立して前記処理空間に供給するシャワーヘッドと、制御部と、を備え、前記シャワーヘッドは、前記第1のガスを拡散させる第1のガス拡散室と、該第1のガス拡散室の下側に配置され、前記第2のガスを拡散させる第2のガス拡散室と、を内部に有し、前記第1のガスを噴出する複数の第1の開口と、前記第2のガスを噴出する複数の第2の開口と、を下面に有し、前記第1のガス拡散室と前記複数の第1の開口とを連通させる複数の第1のガス供給路と、前記第2のガス拡散室と前記複数の第2の開口とを連通させる複数の第2のガス供給路と、を有し、前記制御部は、前記第1のガス拡散室と前記処理空間との圧力差が47Pa以上、前記複数の第1のガス供給路の1つあたりのガス流量が0.15sccm以上となるよう制御を行い、前記第1のガス供給路それぞれの少なくとも一部に隘路が設けられ、該隘路の太さに対する長さのアスペクト比が10以上である。
One aspect of the present disclosure is a substrate processing apparatus that processes a substrate with a first gas and a second gas, comprising:
The present invention relates to a processing apparatus for processing a substrate, the method for manufacturing the processing apparatus, and a processing vessel having a processing space therein where the processing is performed on the substrate, a shower head that supplies the first gas and the second gas independently to the processing space, and a control unit. The shower head has a first gas diffusion chamber that diffuses the first gas, and a second gas diffusion chamber that is disposed below the first gas diffusion chamber and diffuses the second gas. The shower head has a first opening on a lower surface thereof for ejecting the first gas and a second opening on a lower surface thereof for ejecting the second gas. the control unit controls a pressure difference between the first gas diffusion chamber and the processing space to be 47 Pa or more and a gas flow rate per each of the plurality of first gas supply paths to be 0.15 sccm or more, and a narrow passage is provided in at least a portion of each of the first gas supply paths, and an aspect ratio of the length to the width of the narrow passage is 10 or more.
本開示によれば、ガス種毎のガス拡散室が積層されたシャワーヘッドを用いる場合において、シャワーヘッドから処理空間に独立して供給された二種類のガスの一方が、シャワーヘッド内の他方のガスのガス拡散室へ逆流し混合されるのを抑制することができる。 According to the present disclosure, when a showerhead in which gas diffusion chambers for each gas type are stacked is used, it is possible to prevent one of two types of gases independently supplied from the showerhead to a processing space from flowing back into the gas diffusion chamber for the other gas in the showerhead and being mixed therewith.
液晶表示装置(LCD)等のフラットパネルディスプレイ(FPD)の製造工程では、ガラス基板等の基板に対し、エッチング処理や成膜処理等の処理が基板処理装置により施される。 In the manufacturing process of flat panel displays (FPDs) such as liquid crystal displays (LCDs), substrates such as glass substrates are subjected to processes such as etching and film formation using substrate processing equipment.
基板処理装置は、処理対象の基板が収容される処理容器と、処理容器内の処理空間に処理ガスを供給するシャワーヘッドと、を有する。
複数種類のガスが必要な処理では、複数種類のガスをシャワーヘッド内で混合させずに、シャワーヘッドから別々に供給し、処理チャンバ内にて混合させるポストミックス方式がしばしば用いられる。ポストミックス方式は、例えば、処理に用いるガスが可燃性ガスと支燃性ガスでありシャワーヘッド内で混合させると爆発等が生じる恐れがある場合に用いられる。
The substrate processing apparatus includes a processing vessel in which a substrate to be processed is accommodated, and a showerhead that supplies a processing gas to a processing space in the processing vessel.
In processes that require multiple types of gases, a post-mix system is often used in which multiple types of gases are supplied separately from the showerhead and mixed in the process chamber, rather than being mixed in the showerhead. The post-mix system is used, for example, when the gases used in the process are a flammable gas and a combustion-supporting gas, and mixing them in the showerhead could cause an explosion or the like.
また、ポストミックス方式においては、シャワーヘッドとして、一のガスを水平方向に拡散させる一のガス拡散室と、他のガスを水平方向に拡散させる他のガス拡散室とが上下方向に積層された多段構造を有するものが用いられることがある。このシャワーヘッドでは、一のガス拡散室内の一のガスを処理空間に噴出する一の噴出孔と、他のガス拡散室内の他のガスを処理空間に噴出する他の噴出孔とが、シャワーヘッド下面に個別に設けられている。 In addition, in the post-mix method, a showerhead may be used that has a multi-stage structure in which one gas diffusion chamber that diffuses one gas horizontally and another gas diffusion chamber that diffuses another gas horizontally are stacked vertically. In this showerhead, one nozzle that sprays one gas in one gas diffusion chamber into the processing space and another nozzle that sprays another gas in the other gas diffusion chamber into the processing space are individually provided on the underside of the showerhead.
しかし、多段構造のシャワーヘッドを用いた場合、一方のガス用の噴出孔から処理空間に噴出された一方のガスが、他方のガス用のガス噴出孔を逆流しシャワーヘッド内で他方のガスと混合されるおそれがある However, when using a multi-stage showerhead, one gas ejected from one gas outlet into the processing space may flow back through the gas outlet for the other gas and be mixed with the other gas inside the showerhead.
そこで、本開示にかかる技術は、ガス種毎のガス拡散室が積層されたシャワーヘッドを用いる場合において、シャワーヘッドから処理空間に独立して供給された二種類のガスの一方が、シャワーヘッド内の他方のガスのガス拡散室へ逆流し混合されるのを抑制する。 The technology disclosed herein prevents one of two types of gases supplied independently from the showerhead to the processing space from flowing back into the gas diffusion chamber for the other gas in the showerhead and being mixed when a showerhead is used in which gas diffusion chambers for each gas type are stacked.
以下、本実施形態にかかる基板処理装置及び基板処理方法について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 The substrate processing apparatus and substrate processing method according to this embodiment will be described below with reference to the drawings. Note that in this specification and the drawings, elements having substantially the same functional configurations are designated by the same reference numerals, and duplicated descriptions will be omitted.
<プラズマ処理装置1>
図1は、本実施形態にかかる基板処理装置としてのプラズマ処理装置の構成の概略を示す縦断面図である。
<Plasma Processing Apparatus 1>
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing an outline of the configuration of a plasma processing apparatus as a substrate processing apparatus according to this embodiment.
図1のプラズマ処理装置1は、2種類の処理ガスにより、基板としての、矩形のガラス基板G(以下、「基板G」という)に処理を施す。より具体的には、プラズマ処理装置1は、処理として、2種類の処理ガスのプラズマを用いたプラズマ処理を基板Gに施す。本実施形態において、プラズマ処理装置1が行うプラズマ処理は、FPD用の成膜処理である。ただし、プラズマ処理装置1が行うプラズマ処理は、FPD用のエッチング処理、アッシング処理等であってもよい。プラズマ処理装置1が行うプラズマ処理により、基板G上に、発光素子や発光素子の駆動回路等の電子デバイスが形成される。 The plasma processing apparatus 1 in FIG. 1 processes a rectangular glass substrate G (hereinafter referred to as "substrate G") as a substrate using two types of processing gases. More specifically, the plasma processing apparatus 1 processes the substrate G by plasma processing using plasma of two types of processing gases. In this embodiment, the plasma processing performed by the plasma processing apparatus 1 is a film formation process for FPDs. However, the plasma processing performed by the plasma processing apparatus 1 may also be an etching process, an ashing process, etc. for FPDs. The plasma processing performed by the plasma processing apparatus 1 forms electronic devices such as light-emitting elements and driving circuits for the light-emitting elements on the substrate G.
プラズマ処理装置1は、角筒形状の容器本体10を備える。容器本体10は、導電性材料、例えばアルミニウムから形成され、電気的に接地されている。プラズマ処理に腐食性のあるガスが用いられる場合には、容器本体10の内壁面は、耐腐食性を向上させる目的で、陽極酸化処理等の耐腐食コーティング処理が施される。また、容器本体10の上面には開口が形成されている。この開口は、容器本体10と絶縁されて設けられた矩形状の金属窓20によって気密に塞がれ、具体的には、金属窓20及び後述の金属枠14によって気密に塞がれる。容器本体10及び金属窓20によって囲まれた空間は、基板Gに対し処理(具体的にはプラズマ処理)が施される処理空間S1となり、金属窓20の上方側の空間は、後述の高周波アンテナ(誘導結合アンテナ)80が配置されるアンテナ室S2となる。容器本体10の側壁には、処理空間S1内に基板Gを搬入出するための搬入出口11及び搬入出口11を開閉するゲートバルブ12が設けられている。 The plasma processing apparatus 1 includes a rectangular cylindrical container body 10. The container body 10 is made of a conductive material, such as aluminum, and is electrically grounded. When a corrosive gas is used in the plasma processing, the inner wall surface of the container body 10 is subjected to a corrosion-resistant coating treatment such as anodizing treatment in order to improve corrosion resistance. An opening is formed on the upper surface of the container body 10. This opening is airtightly sealed by a rectangular metal window 20 insulated from the container body 10, specifically, by the metal window 20 and a metal frame 14 described later. The space surrounded by the container body 10 and the metal window 20 becomes a processing space S1 in which processing (specifically, plasma processing) is performed on the substrate G, and the space above the metal window 20 becomes an antenna chamber S2 in which a high-frequency antenna (inductively coupled antenna) 80 described later is arranged. A loading/unloading port 11 for loading/unloading the substrate G into/out of the processing space S1 and a gate valve 12 for opening/closing the loading/unloading port 11 are provided on the side wall of the container body 10.
処理空間S1の下部側には、金属窓20と対向するように、基板Gを支持する基板支持部30が設けられている。基板支持部30は、基板Gが載置される本体部31を有し、本体部31が脚部32を介して容器本体10の底面に設置されている。 A substrate support 30 that supports a substrate G is provided at the lower side of the processing space S1 so as to face the metal window 20. The substrate support 30 has a main body 31 on which the substrate G is placed, and the main body 31 is installed on the bottom surface of the container body 10 via legs 32.
本体部31は、導電性材料、例えばアルミニウムで構成されている。本体部31の表面は、表面の輻射率を向上させるため、陽極酸化処理若しくはセラミック溶射処理等のコーティング処理が施されている。 The main body 31 is made of a conductive material, such as aluminum. The surface of the main body 31 is subjected to a coating process such as anodizing or ceramic spraying to improve the surface emissivity.
また、必要に応じ、本体部31にバイアス用の高周波電源を接続してもよい。 If necessary, a high-frequency bias power supply may be connected to the main body 31.
容器本体10の底面には、排気口13が形成され、この排気口13には真空ポンプ等を有する排気部50が接続されている。処理空間S1は、この排気部50によって減圧される。排気部50は、複数の排気口13のそれぞれに設けられてもよいし、複数の排気口13に共通に設けられてもよい。 An exhaust port 13 is formed on the bottom surface of the container body 10, and an exhaust unit 50 having a vacuum pump or the like is connected to this exhaust port 13. The processing space S1 is depressurized by this exhaust unit 50. The exhaust unit 50 may be provided for each of the multiple exhaust ports 13, or may be provided in common to the multiple exhaust ports 13.
容器本体10の側壁の上面側には、アルミニウム等の金属材料から形成された矩形状の枠体である金属枠14が設けられている。容器本体10と金属枠14との間には、処理空間S1を気密に保つためのシール部材(図示せず)が設けられている。また、容器本体10と金属枠14と金属窓20とが、処理空間S1を内部に有する処理容器を構成する。 A metal frame 14, which is a rectangular frame made of a metal material such as aluminum, is provided on the upper surface of the side wall of the container body 10. A seal member (not shown) is provided between the container body 10 and the metal frame 14 to keep the processing space S1 airtight. The container body 10, the metal frame 14, and the metal window 20 together form a processing container having the processing space S1 inside.
金属窓20は、複数の部分窓21に分割され、これらの部分窓21が金属枠14の内側に配置され、全体として矩形状の金属窓20を構成している。部分窓21は、平面視における形状は共通ではなく、例えば、平面視四角形状(例えば、台形)のものや平面視三角形状のものがある。 The metal window 20 is divided into a number of partial windows 21, which are arranged inside the metal frame 14 to form a rectangular metal window 20 as a whole. The partial windows 21 do not all have the same shape when viewed from above, and some have a square shape (e.g., a trapezoid) when viewed from above, and some have a triangular shape when viewed from above.
部分窓21はそれぞれ、第1の処理ガスと第2の処理ガスとを独立して処理空間S1に同時に供給可能に構成されたシャワーヘッドである。第1の処理ガスは、例えば可燃性ガスであり、本実施形態においてはSiH4ガスである。第2の処理ガスは、例えば支燃性ガス(具体的には酸化性ガス)であり、本実施形態においてはO2ガスである。 Each of the partial windows 21 is a shower head configured to be able to simultaneously supply a first processing gas and a second processing gas independently to the processing space S1. The first processing gas is, for example, a combustible gas, and in this embodiment, is SiH4 gas. The second processing gas is, for example, a combustion supporting gas (specifically, an oxidizing gas), and in this embodiment, is O2 gas.
金属枠14に隣接する部分窓21は、絶縁部材22によって金属枠14から電気的に絶縁されると共に、隣り合う部分窓21同士も絶縁部材22によって互いに電気的に絶縁されている。
絶縁部材22には、当該絶縁部材22を保護するため、当該絶縁部材22の処理空間S1側の面を覆う絶縁部材カバー23が設けられている。
また、各部分窓21は、保持部(図示せず)を介してアンテナ室S2の天井面側から吊り下げられ保持されている。
部分窓21の構造の詳細については後述する。
The partial window 21 adjacent to the metal frame 14 is electrically insulated from the metal frame 14 by an insulating member 22 , and adjacent partial windows 21 are also electrically insulated from each other by the insulating member 22 .
In order to protect the insulating member 22, an insulating member cover 23 is provided on the insulating member 22 to cover the surface of the insulating member 22 facing the processing space S1.
Each partial window 21 is suspended and held from the ceiling surface side of the antenna room S2 via a holding portion (not shown).
The structure of the partial window 21 will be described in detail later.
さらに、各部分窓21は、第1供給管60を介して第1ガス源61に接続されている。具体的には、各部分窓21の導入口131(後述の図2参照)が第1供給管60を介して第1ガス源61に接続されている。第1供給管60には、第1供給機構62が介設されている。第1供給機構62は、開閉弁62a、流量調整弁62bを備え、第1ガス源61からの第1の処理ガスを、流量を調整して部分窓21に供給する。 Furthermore, each partial window 21 is connected to a first gas source 61 via a first supply pipe 60. Specifically, the inlet 131 (see FIG. 2 described later) of each partial window 21 is connected to the first gas source 61 via the first supply pipe 60. A first supply mechanism 62 is interposed in the first supply pipe 60. The first supply mechanism 62 includes an opening/closing valve 62a and a flow rate adjustment valve 62b, and supplies the first process gas from the first gas source 61 to the partial window 21 by adjusting the flow rate.
また、各部分窓21は、第2供給管63を介して第2ガス源64に接続されている。具体的には、各部分窓21の導入口132(後述の図2参照)が第2供給管63を介して第2ガス源64に接続されている。第2供給管63には、第2供給機構65が介設されている。第2供給機構65は、開閉弁65a、流量調整弁65bを備え、第2ガス源64からの第2の処理ガスを、流量を調整して部分窓21に供給する。 Each partial window 21 is connected to a second gas source 64 via a second supply pipe 63. Specifically, the inlet 132 (see FIG. 2 described later) of each partial window 21 is connected to the second gas source 64 via the second supply pipe 63. A second supply mechanism 65 is provided in the second supply pipe 63. The second supply mechanism 65 includes an opening/closing valve 65a and a flow rate adjustment valve 65b, and adjusts the flow rate of the second process gas from the second gas source 64 and supplies it to the partial window 21.
なお、図示の便宜上、図では、1つの部分窓21にのみ、第1供給管60及び第2供給管63が接続された状態を示しているが、実際には各部分窓21に、第1供給管60及び第2供給管63が接続されている。 For ease of illustration, the figure shows the first supply pipe 60 and the second supply pipe 63 connected to only one partial window 21, but in reality, the first supply pipe 60 and the second supply pipe 63 are connected to each partial window 21.
さらに、金属窓20の上方側には天板部70が配置されている。天板部70は、金属枠14上に設けられた側壁部71によって支持されている。 Furthermore, a top plate portion 70 is disposed above the metal window 20. The top plate portion 70 is supported by a side wall portion 71 provided on the metal frame 14.
上述の金属窓20、側壁部71及び天板部70にて囲まれた空間はアンテナ室S2を構成し、アンテナ室S2の内部には、部分窓21に面するように高周波アンテナ80が配置されている。 The space surrounded by the metal window 20, the side wall portion 71, and the top plate portion 70 constitutes the antenna chamber S2, and a high-frequency antenna 80 is disposed inside the antenna chamber S2 so as to face the partial window 21.
高周波アンテナ80は、例えば、絶縁材料から形成されるスペーサ(図示せず)を介して部分窓21から離間して配置される。高周波アンテナ80は、各部分窓21に対応する面に沿い、矩形状の金属窓20の周方向に沿って周回するように、例えば渦巻状に、同心状に複数形成され多環状のアンテナを構成する。 The high-frequency antenna 80 is disposed at a distance from the partial window 21 via a spacer (not shown) made of, for example, an insulating material. The high-frequency antenna 80 is formed concentrically, for example in a spiral shape, along the surface corresponding to each partial window 21 and going around the circumferential direction of the rectangular metal window 20, forming a multi-ring antenna.
各高周波アンテナ80には、整合器40を介して、プラズマ生成手段としての高周波電源41が接続されている。各高周波アンテナ80には、高周波電源41から整合器40を介して、例えば13.56MHzの高周波電力が供給される。これにより、プラズマ処理の間、部分窓21それぞれの表面の上面から下面に循環する渦電流が誘起され、この渦電流のうち下面に流れる電流によって処理空間S1の内部に誘導電界が形成される。部分窓21から供給された処理ガスは、誘導電界によって処理空間S1の内部においてプラズマ化される。 A high frequency power supply 41 is connected to each high frequency antenna 80 via a matching box 40 as a plasma generating means. High frequency power of, for example, 13.56 MHz is supplied to each high frequency antenna 80 from the high frequency power supply 41 via the matching box 40. As a result, during plasma processing, eddy currents are induced that circulate from the upper surface to the lower surface of each partial window 21, and an induced electric field is formed inside the processing space S1 by the current that flows on the lower surface among these eddy currents. The processing gas supplied from the partial window 21 is turned into plasma inside the processing space S1 by the induced electric field.
さらに、プラズマ処理装置1には、処理空間S1の圧力を測定する圧力計90が設けられている。 The plasma processing apparatus 1 is further provided with a pressure gauge 90 for measuring the pressure in the processing space S1.
また、プラズマ処理装置1には制御部Uが設けられている。制御部Uは、例えばCPU等のプロセッサやメモリ等を備えたコンピュータであり、プログラム格納部(図示せず)を有している。プログラム格納部には、プラズマ処理装置1における基板Gに対する処理を制御するプログラムが格納されている。上述のプログラムは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体に記録されていたものであって、当該記憶媒体から制御部Uにインストールされたものであってもよい。プログラムの一部または全ては専用ハードウェア(回路基板)で実現してもよい。 The plasma processing apparatus 1 is also provided with a control unit U. The control unit U is, for example, a computer equipped with a processor such as a CPU, a memory, etc., and has a program storage unit (not shown). The program storage unit stores a program for controlling the processing of the substrate G in the plasma processing apparatus 1. The above-mentioned program may be recorded on a computer-readable storage medium and installed from the storage medium into the control unit U. A part or all of the program may be realized by dedicated hardware (circuit board).
<部分窓21>
図2は、部分窓21の構成の概略を示す縦断面図である。図3~図5はそれぞれ後述の第1~第3のプレートの下面図である。
各部分窓21は、図2に示すように、第1のガス拡散室101と第2のガス拡散室102を内部に有し、複数の第1の開口111と複数の第2の開口112を下端に有する。
<Partial window 21>
Fig. 2 is a vertical cross-sectional view showing the outline of the configuration of the partial window 21. Figs. 3 to 5 are bottom views of first to third plates, respectively, which will be described later.
As shown in FIG. 2, each partial window 21 has a first gas diffusion space 101 and a second gas diffusion space 102 therein, and has a plurality of first openings 111 and a plurality of second openings 112 at its lower end.
第1のガス拡散室101は、第1の処理ガス(本実施形態ではSiH4ガス)を水平方向に拡散させる。第2のガス拡散室102は、第1のガス拡散室101の下側に配置され、第2の処理ガス(本実施形態ではO2ガス)を水平方向に拡散させる。第1の開口111それぞれは、第1のガス拡散室101内の第1の処理ガスを処理空間S1に噴出する。第2の開口112それぞれは、第2のガス拡散室102内の第2の処理ガスを処理空間S1に噴出する。 The first gas diffusion chamber 101 diffuses a first processing gas ( SiH4 gas in this embodiment) in the horizontal direction. The second gas diffusion chamber 102 is disposed below the first gas diffusion chamber 101 and diffuses a second processing gas ( O2 gas in this embodiment) in the horizontal direction. Each of the first openings 111 ejects the first processing gas in the first gas diffusion chamber 101 into the processing space S1. Each of the second openings 112 ejects the second processing gas in the second gas diffusion chamber 102 into the processing space S1.
また、各部分窓21は、複数の第1のガス供給路121と複数の第2のガス供給路122をさらに有する。 Each partial window 21 further has a plurality of first gas supply paths 121 and a plurality of second gas supply paths 122.
複数の第1のガス供給路121は、第1のガス拡散室101と複数の第1の開口111とを連通させる。すなわち、第1のガス供給路121それぞれは、対応する第1の開口111と第1のガス拡散室101とを連通させる。第1のガス供給路121それぞれは、第2のガス拡散室102を通過する。この通過の際、第2のガス拡散室102内の第2の処理ガスが第1のガス供給路121に混入することがないよう、第1のガス供給路121と第2のガス拡散室102は例えば後述の誘導管222の管壁により隔てられている。
また、第1のガス供給路121それぞれの少なくとも一部に隘路121a(すなわち第1のガス供給路121における他の部分よりも狭い部分)が形成されている。
The plurality of first gas supply paths 121 communicate between the first gas diffusion chamber 101 and the plurality of first openings 111. That is, each of the first gas supply paths 121 communicates between the corresponding first openings 111 and the first gas diffusion chamber 101. Each of the first gas supply paths 121 passes through the second gas diffusion chamber 102. During this passage, the first gas supply path 121 and the second gas diffusion chamber 102 are separated from each other by, for example, a pipe wall of an induction pipe 222 described later so that the second process gas in the second gas diffusion chamber 102 is not mixed into the first gas supply path 121.
Further, a narrow passage 121 a (i.e., a portion narrower than other portions of the first gas supply passage 121 ) is formed in at least a portion of each of the first gas supply passages 121 .
複数の第2のガス供給路122は、第2のガス拡散室102と複数の第2の開口112とを連通させる。すなわち、第2のガス供給路122それぞれは、対応する第2の開口112と第2のガス拡散室102とを連通させる。 The multiple second gas supply paths 122 connect the second gas diffusion chamber 102 to the multiple second openings 112. That is, each of the second gas supply paths 122 connects the corresponding second opening 112 to the second gas diffusion chamber 102.
部分窓21は、具体的には、第1のプレート201と第2のプレート202と第3のプレート203とを上からこの順に重ねた構成となっている。 Specifically, the partial window 21 is configured by stacking a first plate 201, a second plate 202, and a third plate 203 in this order from above.
図2及び図3に示すように、第1のプレート201の下面には1つの凹所211が形成されており、この凹所211が第2のプレート202に塞がれることにより第1のガス拡散室101が形成されている。
同様に、図2及び図4に示すように、第2のプレート202の下面には1つの凹所221が形成されており、この凹所221が第3のプレート203に塞がれることにより第2のガス拡散室102が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a recess 211 is formed in the lower surface of the first plate 201, and the recess 211 is closed by the second plate 202 to form the first gas diffusion space 101.
Similarly, as shown in Figures 2 and 4, a recess 221 is formed in the lower surface of the second plate 202, and this recess 221 is blocked by the third plate 203 to form the second gas diffusion chamber 102.
また、第1のプレート201の上面には、図2に示すように、第1の処理ガスの導入口131と第2の処理ガスの導入口132とが形成されている。 Also, as shown in FIG. 2, a first process gas inlet 131 and a second process gas inlet 132 are formed on the upper surface of the first plate 201.
導入口131は、第1のガス導入路141を介して第1のガス拡散室101に連通している。第1のガス導入路141は、鉛直方向に延在し且つ第1のプレート201を貫通するように、形成されている。
図の例では、導入口131の数は1つであるが、2つ以上であってもよい。
The inlet 131 communicates with the first gas diffusion space 101 via a first gas inlet path 141. The first gas inlet path 141 is formed so as to extend in the vertical direction and penetrate the first plate 201.
In the illustrated example, the number of inlets 131 is one, but the number may be two or more.
導入口132は、第2のガス導入路142を介して第2のガス拡散室102に連通している。第2のガス導入路142は、鉛直方向に延在するように形成されている。また、第2のガス導入路142は、第1のプレート201及び第2のプレート202に跨り且つ第1のガス拡散室101を通過するように形成されている。第2のガス導入路142における第1のガス拡散室101を通過する部分には、その中空部分が第2のガス導入路142を形成する誘導管212が設けられている。これにより、第1のガス拡散室101内の第1の処理ガスが第2のガス導入路142に混入することがないようにしている。誘導管212は、第1のガス拡散室101を鉛直方向に貫通するように設けられている。 The inlet 132 is connected to the second gas diffusion chamber 102 via the second gas introduction path 142. The second gas introduction path 142 is formed to extend in the vertical direction. The second gas introduction path 142 is also formed to straddle the first plate 201 and the second plate 202 and pass through the first gas diffusion chamber 101. The portion of the second gas introduction path 142 that passes through the first gas diffusion chamber 101 is provided with an induction pipe 212 whose hollow portion forms the second gas introduction path 142. This prevents the first process gas in the first gas diffusion chamber 101 from mixing with the second gas introduction path 142. The induction pipe 212 is provided to penetrate the first gas diffusion chamber 101 in the vertical direction.
図の例では、導入口132及び誘導管212の数は1つであるが、2つ以上であってもよい。 In the illustrated example, there is one inlet 132 and one guide pipe 212, but there may be two or more.
また、前述の複数の第1のガス供給路121及び複数の第2のガス供給路122もそれぞれ、鉛直方向に延在するように形成されている。 Furthermore, the aforementioned multiple first gas supply paths 121 and multiple second gas supply paths 122 are each formed to extend in the vertical direction.
第1のガス供給路121それぞれは、第2のプレート202及び第3のプレート203に跨り且つ第2のガス拡散室102を通過するように形成されている。第1のガス供給路121における第2のガス拡散室102を通過する部分には、その中空部分が第1のガス供給路121を形成する誘導管222が設けられている。誘導管222は、第2のガス拡散室102を鉛直方向に貫通するように設けられている。本実施形態では、誘導管222は、第2のプレート202の下面から突出するように形成されているが、その一部または全部が第3のプレート203に上面から突出するように形成されていてもよい。また、図の例では、前述の隘路121aが、誘導管222内に形成されている。ただし、隘路121aは、その一部または全部が誘導管222外に形成されてもよい。 Each of the first gas supply paths 121 is formed to straddle the second plate 202 and the third plate 203 and pass through the second gas diffusion chamber 102. A guide pipe 222, whose hollow portion forms the first gas supply path 121, is provided in the portion of the first gas supply path 121 that passes through the second gas diffusion chamber 102. The guide pipe 222 is provided to penetrate the second gas diffusion chamber 102 in the vertical direction. In this embodiment, the guide pipe 222 is formed to protrude from the lower surface of the second plate 202, but a part or all of it may be formed to protrude from the upper surface of the third plate 203. In addition, in the example shown in the figure, the aforementioned narrow passage 121a is formed inside the guide pipe 222. However, the narrow passage 121a may be formed partly or entirely outside the guide pipe 222.
第2のガス供給路122それぞれは、第3のプレート203を貫通するように形成されている。 Each of the second gas supply passages 122 is formed to penetrate the third plate 203.
また、前述の複数の第1の開口111及び複数の第2の開口112は、図5に示すように、第3のプレート203の下面において千鳥配置されている。 Furthermore, the aforementioned multiple first openings 111 and multiple second openings 112 are arranged in a staggered manner on the underside of the third plate 203, as shown in FIG. 5.
なお、誘導管212の数は誘導管222の数より少ない。これにより第1のガス拡散室101の方が第2のガス拡散室102より大きくなっている。第1の処理ガスであるSiH4ガスは、第2の処理ガスであるO2ガスに比べて、プラズマ処理時に各部分窓21への供給流量が低いため、拡散しにくい。しかし、本実施形態では、第1の処理ガスを拡散させる第1のガス拡散室101は上述のように第2のガス拡散室102より大きいため、供給流量が低くても第1の処理ガスを第2の処理ガスと同様に拡散させることができる。 The number of the guide tubes 212 is less than the number of the guide tubes 222. This makes the first gas diffusion chamber 101 larger than the second gas diffusion chamber 102. The first process gas, SiH 4 gas, is less likely to diffuse than the second process gas, O 2 gas, because the supply flow rate to each partial window 21 during plasma processing is lower. However, in this embodiment, the first gas diffusion chamber 101 that diffuses the first process gas is larger than the second gas diffusion chamber 102 as described above, so that the first process gas can be diffused in the same manner as the second process gas even if the supply flow rate is low.
第1~第3のプレート201~203はそれぞれ、例えば、非磁性体で導電性の材料(アルミニウム等)により構成される。また、第1の処理ガスとして腐食性ガスが用いられる場合には、第1の処理ガスに触れる以下の部分は、耐腐食性を向上させるため、陽極酸化処理等の耐腐食性コーティングが施されていてもよい。
すなわち、
・第1のプレート201の第1のガス導入路141を形成する面、
・第1のプレート201及び第2のプレート202の第1のガス拡散室101を形成する面、
・第2のプレート202及び第3のプレート203の第1のガス供給路121を形成する面、
・第3のプレート203の処理空間S1側の面である下面
は、耐腐食性コーティングが施されていてもよい。さらに、第3のプレート203の下面は、耐プラズマ性を向上させるため、酸化イットリウム等のセラミックで被覆する処理等の耐プラズマコーティングが施されている。
Each of the first to third plates 201 to 203 is made of, for example, a non-magnetic conductive material (such as aluminum). When a corrosive gas is used as the first process gas, the following portions that come into contact with the first process gas may be coated with a corrosion-resistant coating such as anodizing to improve corrosion resistance.
That is,
A surface of the first plate 201 that forms the first gas introduction path 141;
Surfaces of the first plate 201 and the second plate 202 that form the first gas diffusion space 101;
Surfaces of the second plate 202 and the third plate 203 that form the first gas supply path 121;
The lower surface of the third plate 203 facing the processing space S1 may be coated with a corrosion-resistant coating. Furthermore, the lower surface of the third plate 203 is coated with a plasma-resistant coating such as a coating process with ceramic such as yttrium oxide in order to improve plasma resistance.
また、第1の処理ガスに触れる上述の部分は、少なくとも一部が、ステンレス製の部品で構成されていてもよい。 Furthermore, at least a portion of the above-mentioned parts that come into contact with the first processing gas may be made of stainless steel parts.
第2のプレート202は締結ネジ(図示せず)によって第1のプレート201に締結され、第3のプレート203も締結ネジ(図示せず)によって第2のプレート202に締結されている The second plate 202 is fastened to the first plate 201 by fastening screws (not shown), and the third plate 203 is also fastened to the second plate 202 by fastening screws (not shown).
また、第1のプレート201と第2のプレート202とが互いに接触する部分、及び、第2のプレート202と第3のプレート203とが互いに接触する部分には、第1の処理ガス及び第2の処理ガスを封止するためのOリング(図示せず)が設けられている。 In addition, O-rings (not shown) for sealing the first processing gas and the second processing gas are provided at the portions where the first plate 201 and the second plate 202 contact each other and at the portions where the second plate 202 and the third plate 203 contact each other.
図6は、第1のガス供給路121隘路121aの寸法を説明するための図である。
前述のように、第1のガス供給路121には隘路121aが形成されている。隘路121aの太さ(具体的には直径)R1に対する長さL1のアスペクト比(L1/R1)を大きくすることにより、第2の開口112から噴出された第2の処理ガスが、隘路121aを含む第1のガス供給路121を逆流して第1のガス拡散室101に混入するのを抑制することができる。本実施形態において上記アスペクト比は10以上である。
なお、装置の大型化の抑制等の観点から隘路121aの長さLを調節することにより、上記アスペクト比を大きくすることは難しいため、隘路121aの直径R1を細くすることによりアスペクト比が10以上とされる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the dimensions of the narrow passage 121a of the first gas supply passage 121. As shown in FIG.
As described above, a narrow passage 121a is formed in the first gas supply path 121. By increasing the aspect ratio (L1/R1) of the length L1 to the width (specifically, diameter) R1 of the narrow passage 121a, it is possible to prevent the second process gas ejected from the second opening 112 from flowing back through the first gas supply path 121 including the narrow passage 121a and being mixed into the first gas diffusion chamber 101. In this embodiment, the aspect ratio is 10 or more.
In addition, since it is difficult to increase the above aspect ratio by adjusting the length L of the narrow passage 121a from the viewpoint of preventing the device from becoming too large, the aspect ratio is set to 10 or more by narrowing the diameter R1 of the narrow passage 121a.
本実施形態においては、第2のガス供給路122の下端にも隘路122aが形成されている。隘路122aについても、その太さR2に対する長さL2のアスペクト比(L2/R2)を10以上としてもよい。 In this embodiment, a narrow passage 122a is also formed at the lower end of the second gas supply path 122. The narrow passage 122a may also have an aspect ratio (L2/R2) of its length L2 to its width R2 of 10 or more.
<基板処理>
次に、プラズマ処理装置1における基板処理について説明する。
まず、制御部Uの制御の下、ゲートバルブ12が開かれ、基板Gが、搬入出口11を介して処理空間S1内に搬入され、基板支持部30上に載置される。その後、ゲートバルブ12が閉じられる。
<Substrate processing>
Next, substrate processing in the plasma processing apparatus 1 will be described.
First, under the control of the controller U, the gate valve 12 is opened, and the substrate G is loaded into the processing space S1 through the load/unload port 11 and placed on the substrate support part 30. Thereafter, the gate valve 12 is closed.
続いて、制御部Uの制御の下、各部分窓21の第1及び第2の開口111、112からそれぞれ、第1の処理ガスとしてのSiH4ガス及び第2の処理ガスとしてのO2ガスが同時且つ個別に処理空間S1内に供給される。また、排気部50による処理空間S1の排気が行われ、処理空間S1内が所望の圧力に調節される。
この際、制御部Uは、以下の条件(1)~(3)を満たすよう制御を行い、具体的には、以下の条件(1)~(3)を満たすよう、圧力計90での測定結果等に基づいて、第1供給機構62、第2供給機構65及び排気部50を制御する。
Subsequently, under the control of the control unit U, SiH4 gas as a first processing gas and O2 gas as a second processing gas are simultaneously and individually supplied into the processing space S1 from the first and second openings 111 and 112 of each partial window 21. In addition, the processing space S1 is evacuated by the exhaust unit 50, and the inside of the processing space S1 is adjusted to a desired pressure.
At this time, the control unit U performs control so as to satisfy the following conditions (1) to (3). Specifically, the control unit U controls the first supply mechanism 62, the second supply mechanism 65, and the exhaust unit 50 based on the measurement results of the pressure gauge 90, etc. so as to satisfy the following conditions (1) to (3).
(1)第1のガス拡散室101と処理空間S1との圧力差が47Pa以上。
(2)複数の第1のガス供給路121の1つあたりのガス流量が複数の第2のガス供給路122の1つあたりのガス流量より高い。
(3)複数の第1のガス供給路121の1つあたりのガス流量が0.15sccm以上。
(1) The pressure difference between the first gas diffusion chamber 101 and the processing space S1 is 47 Pa or more.
(2) The gas flow rate through each of the plurality of first gas supply paths 121 is higher than the gas flow rate through each of the plurality of second gas supply paths 122 .
(3) The gas flow rate for each of the plurality of first gas supply paths 121 is 0.15 sccm or more.
また、上記(1)を満たすために、制御部Uは、以下の条件(4)を満たすよう制御を行い、具体的には、以下の条件(4)を満たすよう第1供給機構62、第2供給機構65及び排気部50を制御する。
(4)処理空間S1の圧力が1Pa~5Pa(好ましくは1.3~4.0Pa)。
In addition, in order to satisfy the above condition (1), the control unit U performs control to satisfy the following condition (4), and specifically, controls the first supply mechanism 62, the second supply mechanism 65, and the exhaust unit 50 to satisfy the following condition (4).
(4) The pressure in the processing space S1 is 1 Pa to 5 Pa (preferably 1.3 to 4.0 Pa).
次いで、制御部Uの制御の下、基板Gに、処理として成膜処理が施される。具体的には、制御部Uの制御の下、高周波電源41から高周波アンテナ80に高周波電力が供給され、これにより金属窓20を介して処理空間S1内に誘導電界が生じる。その結果、誘導電界により、処理空間S1内のSiH4ガス及びO2ガスがプラズマ化され、高密度の誘導結合プラズマが生成され、基板GにSiO膜が形成される。
このプラズマによるSiO膜の成膜中も、制御部Uは、上記条件(1)~(3)を満たすよう制御を行う。
Next, under the control of the control unit U, the substrate G is subjected to a film forming process as a process. Specifically, under the control of the control unit U, high frequency power is supplied from the high frequency power supply 41 to the high frequency antenna 80, which generates an induced electric field in the processing space S1 through the metal window 20. As a result, the induced electric field converts the SiH 4 gas and O 2 gas in the processing space S1 into plasma, generating high-density inductively coupled plasma, and a SiO film is formed on the substrate G.
During the deposition of the SiO film by plasma, the control unit U also performs control so as to satisfy the above conditions (1) to (3).
成膜完了後、制御部Uの制御の下、高周波電源41からの電力供給、部分窓21を介した処理ガス供給が停止され、排気部50により、処理空間S1からSiH4ガス及びO2ガスが排出される。そして、搬入時とは逆の順序で基板Gが搬出される。
これにより一連の基板処理が終了する。
After the film formation is completed, under the control of the control unit U, the power supply from the high frequency power supply 41 and the supply of the processing gas through the partial window 21 are stopped, and the SiH4 gas and O2 gas are exhausted from the processing space S1 by the exhaust unit 50. Then, the substrate G is unloaded in the reverse order to that of the loading.
This completes the series of substrate processing steps.
<シミュレーション>
本発明者らは、上述のような構成の部分窓21から処理空間S1に独立して供給されたSiH4ガス及びO2ガスのうちのO2ガスが、部分窓21内の第1のガス拡散室101へ逆流し、SiH4ガスと混合される割合について、すなわち、O2ガスの逆拡散について、シミュレーションを行った。その結果を、図7~図9に示す。なお、以下のシミュレーションA~Cにおいて、第1のガス供給路121及び第2のガス供給路122の数がそれぞれ1つずつであること、第2のガス供給路122の隘路122aの直径R2が1mm、長さL2が5mmであることは、共通である。
<Simulation>
The inventors performed a simulation of the ratio of O2 gas, which is among the SiH4 gas and O2 gas independently supplied to the processing space S1 from the partial window 21 configured as described above, flowing back into the first gas diffusion chamber 101 in the partial window 21 and being mixed with the SiH4 gas, that is, the back diffusion of O2 gas. The results are shown in Figures 7 to 9. Note that the following simulations A to C are common in that the number of the first gas supply path 121 and the number of the second gas supply path 122 are one each, and that the diameter R2 of the narrow path 122a of the second gas supply path 122 is 1 mm and the length L2 is 5 mm.
(シミュレーションA)
シミュレーションAでは、第1の処理ガスであるSiH4ガスの流量が、第2の処理ガスであるO2ガスの逆拡散に与える影響を検証した。また、シミュレーションAでは、SiH4ガスとO2ガスの流量比を1:10、第1のガス供給路121の隘路121aの直径R1を0.8mm、同長さL1を8mm、同アスペクト比を10で固定とした。
(Simulation A)
In simulation A, the effect of the flow rate of the first process gas, SiH4 gas, on the back diffusion of the second process gas, O2 gas, was verified. In simulation A, the flow rate ratio of SiH4 gas to O2 gas was set to 1:10, and the diameter R1 of the narrow passage 121a of the first gas supply path 121 was set to 0.8 mm, the length L1 was set to 8 mm, and the aspect ratio was set to 10.
図7に示すように、シミュレーションAによれば、SiH4ガスとO2ガスの流量比が1:10で同じであっても、SiH4ガスの流量が高い程、第1のガス拡散室101の処理空間S1との差圧が大きくなっていた。また、SiH4ガスの流量が高い程、上段混入率すなわち第1のガス拡散室101へのO2ガスの混入率が低下していた。具体的には、SiH4ガスの流量が0.2sccm以上であれば、上記差圧が46.7Paを超え上段混入率が目標値である2%を下回るのに対し、SiH4ガスの流量が0.1sccmと低い場合、上記差圧が34.5程度と低く上段混入率が目標値である2.0%を大きく上回っていた。
なお、下段混入率すなわち第2のガス拡散室102へのSiH4ガスの混入率は、SiH4ガスの流量によらず、0%であった。
7, according to simulation A, even if the flow rate ratio of SiH 4 gas and O 2 gas is the same at 1:10, the higher the flow rate of SiH 4 gas, the larger the differential pressure between the first gas diffusion chamber 101 and the processing space S1. Also, the higher the flow rate of SiH 4 gas, the lower the upper stage mixing rate, i.e., the mixing rate of O 2 gas into the first gas diffusion chamber 101. Specifically, when the flow rate of SiH 4 gas is 0.2 sccm or more, the differential pressure exceeds 46.7 Pa and the upper stage mixing rate falls below the target value of 2%, whereas when the flow rate of SiH 4 gas is low at 0.1 sccm, the differential pressure is low at about 34.5 and the upper stage mixing rate greatly exceeds the target value of 2.0%.
The lower mixing rate, i.e., the mixing rate of SiH4 gas into the second gas diffusion space 102, was 0% regardless of the flow rate of SiH4 gas.
(シミュレーションB)
シミュレーションBでは、SiH4ガスとO2ガスの流量比が1:10であり且つSiH4ガスの流量が0.1sccmと低く上段混入率が大きい場合において、第1のガス供給路121の隘路121aの上記アスペクト比を大きくすることにより、上段混入率が改善されるかについて検証した。また、シミュレーションBでは、隘路121aの長さL1を8mmで固定とした。
(Simulation B)
In simulation B, when the flow rate ratio of SiH4 gas to O2 gas is 1:10 and the flow rate of SiH4 gas is low at 0.1 sccm, resulting in a large upper-stage mixing rate, it was verified whether the upper-stage mixing rate could be improved by increasing the aspect ratio of the narrow passage 121a of the first gas supply path 121. In addition, in simulation B, the length L1 of the narrow passage 121a was fixed at 8 mm.
図8に示すように、シミュレーションBによれば、隘路121aの上記アスペクト比を大きくすることにより、第1のガス拡散室101の処理空間S1との差圧が大きくなり、上段混入率が低下していた。具体的には、アスペクト比が27の場合では、アスペクト比が10の場合と比べ、上段混入率は1/4.4となっていた。これは、アスペクト比が大きくなることにより隘路121aの両端における差圧が大きくなるからである。しかし、上段混入率は依然として2%を上回っていた。 As shown in FIG. 8, according to simulation B, by increasing the aspect ratio of the narrow passage 121a, the pressure difference with the processing space S1 of the first gas diffusion chamber 101 increased, and the upper-stage mixing rate decreased. Specifically, when the aspect ratio was 27, the upper-stage mixing rate was 1/4.4 compared to when the aspect ratio was 10. This is because the pressure difference at both ends of the narrow passage 121a increases as the aspect ratio increases. However, the upper-stage mixing rate was still above 2%.
また、シミュレーションA、Bの結果によれば、隘路121aの上記アスペクト比よりも、SiH4ガスの流量の方が、上段混入率に与える影響が大きいことが推測される。
なお、下段混入率は、隘路121aの上記アスペクト比によらず、0%であった。
Also, according to the results of the simulations A and B, it is presumed that the flow rate of the SiH 4 gas has a greater effect on the upper-stage mixing ratio than the aspect ratio of the narrow passage 121a.
The lower mixing rate was 0%, regardless of the aspect ratio of the narrow passage 121a.
(シミュレーションC)
そこで、シミュレーションCでは、O2ガスの流量を変更せずにSiH4ガスの流量のみ変更した場合における、上段混入率の変化について検証した。このシミュレーションCでは、O2ガスの流量を1sccm、第1のガス供給路121の隘路121aの直径R1を0.3mm、同長さL1を8mm、同アスペクト比を27で固定とした。
図9に示すように、シミュレーションCによれば、O2ガスの流量を変更せずにSiH4ガスの流量を0.1sccmから0.15sccmに増加させることで、第1のガス拡散室101の処理空間S1との差圧が大きくなり、上段混入率が2.0%以下、さらには、より高水準の目標値である1.0%をも下回り、具体的には0.40%にまで低下していた。
(Simulation C)
In this simulation C, the change in the upper mixing ratio when only the flow rate of SiH4 gas is changed without changing the flow rate of O2 gas was verified. In this simulation C, the flow rate of O2 gas was 1 sccm, the diameter R1 of the narrow passage 121a of the first gas supply path 121 was fixed at 0.3 mm, the length L1 was fixed at 8 mm, and the aspect ratio was fixed at 27.
As shown in FIG. 9, according to simulation C, by increasing the flow rate of SiH4 gas from 0.1 sccm to 0.15 sccm without changing the flow rate of O2 gas, the pressure difference between the first gas diffusion chamber 101 and the processing space S1 becomes large, and the upper-stage mixing rate becomes 2.0% or less, and further falls below the higher target value of 1.0%, specifically, falls to 0.40%.
また、シミュレーションA~Cによれば、SiH4ガスの流量が0.15sccmであれば、隘路121aの上記アスペクト比が10の場合でも、第1のガス拡散室101の差圧については47Pa以上とはならないものの、上段混入率は約1.76%(0.4×10.2/2.3)となり、目標値2.0%以下になるものと推測される。上記推測値は、シミュレーションBのアスペクト比10の場合と27の場合の結果と、シミュレーションCのSiH4ガスの流量が0.15sccmの場合の結果とを比較することにより算出される。
なお、下段混入率は、SiH4ガスの流量によらず、0%であった。
According to the simulations A to C, if the flow rate of the SiH 4 gas is 0.15 sccm, even if the aspect ratio of the narrow passage 121a is 10, the pressure difference in the first gas diffusion chamber 101 will not be 47 Pa or more, but the upper mixing rate will be about 1.76% (0.4×10.2/2.3), which is estimated to be less than the target value of 2.0%. The estimated value is calculated by comparing the results of the simulation B with the aspect ratios of 10 and 27 and the result of the simulation C with the flow rate of the SiH 4 gas being 0.15 sccm.
The lower-stage contamination rate was 0% regardless of the flow rate of SiH 4 gas.
(その他のシミュレーション)
また、本発明者らは、第2の処理ガスとしてO2ガスの代わりにN2ガスを用い、N2ガスの流量を3.8sccmとし、SiH4ガスの流量を0.4sccmと大きくした場合における、隘路121aの上記アスペクト比が上段混入率に与える影響について検証した。
このシミュレーションでは、SiH4ガスの流量が0.4sccmとかなり大きいため、隘路121aの上記アスペクト比が小さくても、第1のガス拡散室101の処理空間S1との差圧が大きく、上段混入率が低いことが予測される。しかし、シミュレーション結果によれば、隘路121aの上記アスペクト比が5と小さい場合は、上記差圧が約45Paと大きいものの、上段混入率が1.5%と高かった。それに対し、隘路121aの上記アスペクト比が10の場合は、上記差圧が約75Paと大きく、且つ、上段混入率が0.04%と低かった。
(Other simulations)
In addition, the present inventors have verified the influence of the aspect ratio of the narrow passage 121a on the upper-stage mixing rate when N2 gas is used instead of O2 gas as the second process gas, the flow rate of N2 gas is set to 3.8 sccm, and the flow rate of SiH4 gas is increased to 0.4 sccm.
In this simulation, since the flow rate of SiH4 gas is quite large at 0.4 sccm, it is predicted that even if the aspect ratio of the narrow passage 121a is small, the pressure difference with the processing space S1 of the first gas diffusion chamber 101 is large and the upper stage mixing rate is low. However, according to the simulation results, when the aspect ratio of the narrow passage 121a is small at 5, the pressure difference is large at about 45 Pa, but the upper stage mixing rate is high at 1.5%. In contrast, when the aspect ratio of the narrow passage 121a is 10, the pressure difference is large at about 75 Pa and the upper stage mixing rate is low at 0.04%.
以上のシミュレーション結果を踏まえ、本実施形態では、
第1のガス供給路121の隘路121aの太さR1に対する長さL1のアスペクト比を10以上とし、
第1のガス拡散室101の処理空間S1との差圧が47Pa以上、複数の第1のガス供給路121の1つあたりのガス量が0.15sccm以上となるよう制御が行われる。
そのため、上段混入率すなわち第1のガス拡散室101への第2の処理ガス(具体的にはO2ガス)の混入率を低下させることができる。つまり、処理空間S1に噴出された第2の処理ガスが、隘路121aを含む第1のガス供給路121を逆流して第1のガス拡散室101に混入するのをさらに抑制することができる。したがって、第1の処理ガスと第2の処理ガスとが混合されることによる危険が生じるのを抑制することができる。
Based on the above simulation results, in this embodiment,
The aspect ratio of the length L1 to the width R1 of the narrow passage 121a of the first gas supply passage 121 is set to 10 or more;
Control is performed so that the pressure difference between the first gas diffusion chamber 101 and the processing space S1 is 47 Pa or more, and the amount of gas per each of the plurality of first gas supply paths 121 is 0.15 sccm or more.
Therefore, it is possible to reduce the upper mixing rate, i.e., the mixing rate of the second process gas (specifically, O2 gas) into the first gas diffusion chamber 101. In other words, it is possible to further suppress the second process gas ejected into the processing space S1 from flowing back through the first gas supply path 121 including the narrow path 121a and mixing into the first gas diffusion chamber 101. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a risk caused by the mixing of the first process gas and the second process gas.
<変形例>
以上の例では、SiO膜の成膜用の支燃性ガスとして、O2ガスを用いていたが、代わりに、N2Oガスを用いてもよいし、O2ガスとN2Oガスの混合ガスを用いてもよい。
第1の処理ガス及び第2の処理ガスは、SiO膜以外の膜の成膜に用いるものであってもよい。例えば、SiN膜の成膜に用いるものであってもよい。
<Modification>
In the above example, O2 gas is used as the combustion supporting gas for forming the SiO film. However, N2O gas may be used instead, or a mixture of O2 gas and N2O gas may be used.
The first process gas and the second process gas may be used for forming a film other than a SiO film, for example, a SiN film.
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 The embodiments disclosed herein should be considered in all respects as illustrative and not restrictive. The above-described embodiments may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.
1 プラズマ処理装置
10 容器本体
14 金属枠
20 金属窓
21 部分窓
30 基板支持部
101 第1のガス拡散室
102 第2のガス拡散室
111 第1の開口
112 第2の開口
121 第1のガス供給路
121a 隘路
122 第2のガス供給路
G ガラス基板
S1 処理空間
U 制御部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Plasma processing apparatus 10 Vessel body 14 Metal frame 20 Metal window 21 Partial window 30 Substrate support portion 101 First gas diffusion chamber 102 Second gas diffusion chamber 111 First opening 112 Second opening 121 First gas supply path 121a Narrow passage 122 Second gas supply path G Glass substrate S1 Processing space U Control portion
Claims (9)
前記基板に対し前記処理が施される処理空間を内部に有する処理容器と、
前記第1のガスと前記第2のガスとを独立して前記処理空間に供給するシャワーヘッドと、
制御部と、を備え、
前記シャワーヘッドは、
前記第1のガスを拡散させる第1のガス拡散室と、該第1のガス拡散室の下側に配置され、前記第2のガスを拡散させる第2のガス拡散室と、を内部に有し、
前記第1のガスを噴出する複数の第1の開口と、前記第2のガスを噴出する複数の第2の開口と、を下面に有し、
前記第1のガス拡散室と前記複数の第1の開口とを連通させる複数の第1のガス供給路と、前記第2のガス拡散室と前記複数の第2の開口とを連通させる複数の第2のガス供給路と、を有し、
前記制御部は、前記第1のガス拡散室と前記処理空間との圧力差が47Pa以上、前記複数の第1のガス供給路の1つあたりのガス流量が0.15sccm以上となるよう制御を行い、
前記第1のガス供給路それぞれの少なくとも一部に隘路が設けられ、
該隘路の太さに対する長さのアスペクト比が10以上である、基板処理装置。 A substrate processing apparatus for processing a substrate with a first gas and a second gas,
a processing vessel having a processing space therein in which the processing is performed on the substrate;
a shower head that supplies the first gas and the second gas independently to the processing space;
A control unit,
The shower head comprises:
a first gas diffusion chamber for diffusing the first gas, and a second gas diffusion chamber arranged below the first gas diffusion chamber for diffusing the second gas,
a plurality of first openings for ejecting the first gas and a plurality of second openings for ejecting the second gas on a lower surface;
a plurality of first gas supply paths that communicate between the first gas diffusion chamber and the plurality of first openings, and a plurality of second gas supply paths that communicate between the second gas diffusion chamber and the plurality of second openings,
the control unit performs control so that a pressure difference between the first gas diffusion chamber and the processing space is 47 Pa or more and a gas flow rate per one of the plurality of first gas supply paths is 0.15 sccm or more;
A narrow passage is provided in at least a portion of each of the first gas supply paths;
The narrow passage has an aspect ratio of length to width of 10 or more.
該誘導管は、前記第1のガス供給路それぞれの一部を構成する、請求項1に記載の基板処理装置。 an induction tube penetrating the second gas diffusion chamber;
The substrate processing apparatus of claim 1 , wherein the induction pipes form a part of each of the first gas supply paths.
該プラズマ生成手段を用いて前記第1のガスと前記第2のガスから生成したプラズマにより、前記処理として成膜処理を施す、請求項1~4のいずれか1項に記載の基板処理装置。 Further comprising a plasma generating means,
5. The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein a film forming process is performed as the process by using plasma generated from the first gas and the second gas by the plasma generating means.
前記基板処理装置は、
前記基板に対し前記処理が施される処理空間を内部に有する処理容器と、
前記第1のガスと前記第2のガスとを独立して前記処理空間に供給するシャワーヘッドと、を備え、
前記シャワーヘッドは、
前記第1のガスを拡散させる第1のガス拡散室と、該第1のガス拡散室の下側に配置され、前記第2のガスを拡散させる第2のガス拡散室と、を内部に有し、
前記第1のガスを噴出する複数の第1の開口と、前記第2のガスを噴出する複数の第2の開口と、を下面に有し、
前記第1のガス拡散室と前記複数の第1の開口とを連通させる複数の第1のガス供給路と、前記第2のガス拡散室と前記複数の第2の開口とを連通させる複数の第2のガス供給路と、を有し、
前記第1のガス供給路それぞれの少なくとも一部に隘路が設けられ、
該隘路の太さに対する長さのアスペクト比が10以上であり、
前記第1のガス拡散室と前記処理空間との圧力差が47Pa以上、前記複数の第1のガス供給路の1つあたりのガス流量が0.15sccm以上となるよう制御を行い、前記基板に前記処理を施す、基板処理方法。 1. A substrate processing method for processing a substrate with a first gas and a second gas using a substrate processing apparatus, comprising:
The substrate processing apparatus includes:
a processing vessel having a processing space therein in which the processing is performed on the substrate;
a shower head that supplies the first gas and the second gas independently to the processing space;
The shower head comprises:
a first gas diffusion chamber for diffusing the first gas, and a second gas diffusion chamber arranged below the first gas diffusion chamber for diffusing the second gas,
a plurality of first openings for ejecting the first gas and a plurality of second openings for ejecting the second gas on a lower surface;
a plurality of first gas supply paths that communicate between the first gas diffusion chamber and the plurality of first openings, and a plurality of second gas supply paths that communicate between the second gas diffusion chamber and the plurality of second openings,
A narrow passage is provided in at least a portion of each of the first gas supply paths;
The aspect ratio of the length to the width of the narrow passage is 10 or more;
a pressure difference between the first gas diffusion chamber and the processing space being controlled to be 47 Pa or more, and a gas flow rate per each of the plurality of first gas supply paths being controlled to be 0.15 sccm or more, and the substrate being subjected to the processing.
該プラズマ生成手段を用いて前記第1のガスと前記第2のガスから生成したプラズマにより、前記処理として成膜処理を施す、請求項6~8のいずれか1項に記載の基板処理方法。 The substrate processing apparatus further includes a plasma generating means,
9. The substrate processing method according to claim 6, wherein a film forming process is carried out as the process by using plasma generated from the first gas and the second gas by using the plasma generating means.
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013239707A (en) | 2012-05-11 | 2013-11-28 | Advanced Micro Fabrication Equipment Inc Shanghai | Gas shower head, manufacturing method of the same, and thin film growth reactive device |
| JP2015138885A (en) | 2014-01-22 | 2015-07-30 | 東京エレクトロン株式会社 | substrate processing apparatus, shower plate and substrate processing method |
| JP2015225856A (en) | 2014-05-29 | 2015-12-14 | チャム エンジニアリング カンパニー リミテッド | Gas distribution apparatus and substrate processing apparatus having the same |
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