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JP7722211B2 - Apparatus for performing plasma processing and method for performing plasma processing - Google Patents
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JP7722211B2 - Apparatus for performing plasma processing and method for performing plasma processing - Google Patents

Apparatus for performing plasma processing and method for performing plasma processing

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JP7722211B2 JP2022018926A JP2022018926A JP7722211B2 JP 7722211 B2 JP7722211 B2 JP 7722211B2 JP 2022018926 A JP2022018926 A JP 2022018926A JP 2022018926 A JP2022018926 A JP 2022018926A JP 7722211 B2 JP7722211 B2 JP 7722211B2
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Description

本開示は、プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法に関する。 This disclosure relates to an apparatus for performing plasma processing and a method for performing plasma processing.

半導体デバイスの製造工程にて半導体ウエハ(以下、「ウエハ」と記載する)に成膜を行う処理として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法や、ALD(Atomic Layer Deposition)法が知られている。これらの成膜処理では、膜原料を含む原料ガス、原料ガスの酸化や還元を行う反応ガスなど(以下、これらをまとめて「成膜ガス」ともいう)が用いられる。 CVD (Chemical Vapor Deposition) and ALD (Atomic Layer Deposition) are well-known methods for depositing films on semiconductor wafers (hereafter referred to as "wafers") during the semiconductor device manufacturing process. These film deposition processes use source gases containing film precursors and reactive gases that oxidize or reduce the source gases (hereafter collectively referred to as "film deposition gases").

成膜処理においては、成膜ガスをプラズマ化することにより得られた反応性の高い活性種を利用する場合がある。
例えば特許文献1には、支持台に支持された基板と対向するように突出形成された複数個の円筒状金属電極(アノード)内の中央に、針状金属電極(カソード)を配置したプラズマCVD装置が記載されている。このプラズマCVD装置は、円筒状金属電極内に原料ガスを導入し、円筒状金属電極と針状金属電極との間にグロー放電を形成することにより、ラジカルやイオンを得る。
In a film formation process, highly reactive activated species obtained by converting a film formation gas into plasma may be used.
For example, Patent Document 1 describes a plasma CVD apparatus in which a needle-shaped metal electrode (cathode) is arranged at the center of a plurality of cylindrical metal electrodes (anodes) that are formed to protrude and face a substrate supported on a support stand. This plasma CVD apparatus obtains radicals and ions by introducing a source gas into the cylindrical metal electrodes and forming a glow discharge between the cylindrical metal electrodes and the needle-shaped metal electrodes.

また、特許文献2には、マイクロ波プラズマにより発生させる空間とサセプタに載置されたウエハとの間に、複数の貫通孔が形成されたプレートを2枚重ねで配置した技術が記載されている。上下のプレートの貫通孔が重ならないように貫通孔の形成位置をずらすことにより、プラズマ中のイオンを遮断して、水素ラジカルを選択的に通過させる構成となっている。
なお、成膜処理以外に、エッチング処理や改質処理などにおいても、プラズマ化したガス中の活性種を利用した処理が行われる。
Furthermore, Patent Document 2 describes a technology in which two plates with multiple through holes are placed one on top of the other between a space where microwave plasma is generated and a wafer placed on a susceptor. By shifting the positions of the through holes in the upper and lower plates so that they do not overlap, ions in the plasma are blocked and hydrogen radicals are selectively allowed to pass through.
In addition to film formation processes, etching processes, modification processes, and the like also use activated species in plasma-converted gases.

特開昭60-262972号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 60-262972 特開2006-86449号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-86449

本開示は、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを供給してプラズマ処理を行う技術を提供する。 This disclosure provides a technology for plasma processing by supplying low-energy charged particles, neutral particles, or radicals to a substrate from a processing gas that has been converted into plasma.

本開示は、処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、
筒状である前記プラズマ形成空間内の軸方向に沿って前記処理ガスが流れるように、当該処理ガスの流れの上流側の位置に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れの方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように前記流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を備えた、装置である。
The present disclosure provides an apparatus for performing plasma processing by supplying a processing gas converted into plasma to a substrate in a processing chamber,
a mounting table provided in the processing chamber for mounting the substrate thereon;
a plurality of plasma generation spaces, each of which is provided above the mounting table and is a cylindrical space formed between tubular wall surfaces arranged opposite to each other in a double-tubular configuration, and each of which is provided with a plasma generation mechanism for generating plasma from the processing gas;
a processing gas supply unit for supplying the processing gas to a position upstream of a flow of the processing gas so that the processing gas flows along an axial direction of the cylindrical plasma generation space;
The device comprises a ring-shaped regulating member that is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma formation spaces, and that regulates the flow of the processing gas so that the flow direction is toward the radial direction of the cylindrical plasma formation space, and that forms a throttle flow path with a flow path area smaller than that of the plasma formation space between it and a member that constitutes one side of the tubular wall surface.

本開示によれば、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを供給してプラズマ処理を行うことができる。 According to the present disclosure, plasma processing can be performed by supplying low-energy charged particles, neutral particles, or radicals to a substrate from a processing gas that has been converted into plasma.

本開示に係るガス供給機構を備えた成膜装置構成例である。1 illustrates an example of the configuration of a film forming apparatus equipped with a gas supply mechanism according to the present disclosure. 第1実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。FIG. 2 is a vertical sectional side view of the gas supply mechanism according to the first embodiment. 第1実施形態に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。FIG. 2 is an enlarged vertical cross-sectional view of the gas supply mechanism according to the first embodiment. 第1実施形態に係るガス供給機構を上面または下面側から見た平面図である。FIG. 2 is a plan view of the gas supply mechanism according to the first embodiment, as viewed from the top or bottom side. 変形例に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。FIG. 10 is an enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a modified example. 第2実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。FIG. 10 is a vertical sectional side view of a gas supply mechanism according to a second embodiment. 第2実施形態に係るガス供給機構の第1の拡大縦断面図である。FIG. 11 is a first enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a second embodiment. 第2実施形態に係るガス供給機構の第2の拡大縦断面図である。FIG. 10 is a second enlarged vertical cross-sectional view of the gas supply mechanism according to the second embodiment. 第2実施形態に係るガス供給機構の一部破断平面図である。FIG. 10 is a partially cutaway plan view of a gas supply mechanism according to a second embodiment. 第3実施形態に係るガス供給機構のマイクロ波供給機構の構成例である。10 illustrates a configuration example of a microwave supply mechanism of a gas supply mechanism according to a third embodiment. 第3実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。FIG. 11 is a vertical sectional side view of a gas supply mechanism according to a third embodiment. 第3実施形態に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。FIG. 10 is an enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a third embodiment. 第4実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。FIG. 10 is a vertical sectional side view of a gas supply mechanism according to a fourth embodiment. 第4実施形態に係るガス供給機構の第1の拡大縦断面図である。FIG. 10 is a first enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a fourth embodiment. 第4実施形態に係るガス供給機構の第2の拡大縦断面図である。FIG. 10 is a second enlarged vertical cross-sectional view of the gas supply mechanism according to the fourth embodiment. 第5実施形態に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。FIG. 11 is an enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a fifth embodiment. 第5実施形態に係るガス供給機構の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a gas supply mechanism according to a fifth embodiment. 第5実施形態に係るガス供給機構に設けられた磁石の作用説明図である。13A and 13B are explanatory views of the operation of magnets provided in the gas supply mechanism according to the fifth embodiment.

<成膜装置>
初めに、本開示に係る「プラズマ処理を行う装置」の一実施形態である成膜装置1の全体構成例について、図1を参照しながら説明する。本例の成膜装置1は、処理ガスとして、膜原料を含む原料ガスや反応ガスなどの成膜ガスをウエハWに供給し、ウエハWの表面に所望の物質の膜を成膜するように構成されている。ウエハWに形成する膜に特段の限定はなく、絶縁膜を形成するための金属酸化膜や金属窒化膜であってもよいし、配線層を形成するための金属膜であってもよい。また、この成膜装置1は、後述する筒状のプラズマ形成空間7にて生成した成膜ガスのプラズマの流れを制御することより、低エネルギー粒子、中性粒子またはラジカルを高濃度で供給することが可能な構成となっている。
<Film forming equipment>
First, an example of the overall configuration of a film formation apparatus 1, which is one embodiment of the "plasma processing apparatus" according to the present disclosure, will be described with reference to FIG. 1 . The film formation apparatus 1 of this example is configured to supply a film formation gas, such as a source gas containing a film raw material or a reactive gas, as a process gas to a wafer W to form a film of a desired substance on the surface of the wafer W. There are no particular limitations on the film formed on the wafer W, and it may be a metal oxide film or a metal nitride film for forming an insulating film, or a metal film for forming a wiring layer. In addition, the film formation apparatus 1 is configured to be able to supply low-energy particles, neutral particles, or radicals at a high concentration by controlling the flow of plasma of the film formation gas generated in a cylindrical plasma generation space 7, which will be described later.

この成膜装置1は、ウエハWを収容して処理を行う処理容器11内に、金属化合物などの膜原料を含む原料ガスや反応ガスなどの成膜ガスを供給し、ウエハWの表面に所望の物質の膜を成膜するように構成されている。成膜を行う手法としては、成膜ガスを連続的に供給し、ウエハWの表面に膜物質を堆積させるCVD法であってもよい。また、原料ガスの供給と排気、反応ガスの供給と排気を交互に実施し、ウエハWへの原料ガスの吸着と、反応とを繰り返して、膜物質の薄膜を積層させるALD法であってもよい。 This film formation apparatus 1 is configured to supply film formation gases, such as source gases containing film raw materials such as metal compounds and reactive gases, into a processing chamber 11 that accommodates and processes wafers W, and form a film of the desired material on the surface of the wafer W. The film formation method may be a CVD method in which film formation gases are continuously supplied and a film material is deposited on the surface of the wafer W. Alternatively, an ALD method may be used in which the supply and exhaust of source gases and the supply and exhaust of reactive gases are alternately performed, and the adsorption and reaction of the source gases on the wafer W are repeated, depositing a thin film of the film material.

本例の処理容器11は扁平な円筒状の金属により構成され、接地されている。処理容器11の側壁には、ウエハWの搬入出を行うための搬入出口12と、この搬入出口12を開閉するゲートバルブ13とが設けられている。搬入出口12よりも上部側には、平面視、円環状に構成された排気ダクト14が設けられている。排気ダクト14の内周面には、周方向に沿って伸びるスリット状の排気口141が形成されている。排気ダクト14の側壁面には開口部15が形成され、この開口部15を介して排気管16の一端が接続されている。この排気管16の他端には、圧力調節機構や真空ポンプを含む排気機構17が接続されている。 In this example, the processing vessel 11 is made of a flat, cylindrical metal and is grounded. A loading/unloading port 12 for loading and unloading wafers W and a gate valve 13 for opening and closing the loading/unloading port 12 are provided in the sidewall of the processing vessel 11. An exhaust duct 14, which is annular in plan view, is provided above the loading/unloading port 12. A slit-shaped exhaust port 141 extending circumferentially is formed in the inner peripheral surface of the exhaust duct 14. An opening 15 is formed in the sidewall of the exhaust duct 14, and one end of an exhaust pipe 16 is connected through this opening 15. The other end of the exhaust pipe 16 is connected to an exhaust mechanism 17, which includes a pressure adjustment mechanism and a vacuum pump.

処理容器11内にはウエハWを水平に載置するための載置台31が設けられている。載置台31の内部には、ウエハWを加熱するためのヒーター311が設けられている。載置台31の下面側中央部には、処理容器11の底部を貫通し、上下方向に伸びる棒状の支持部材34の上端部が接続されている。支持部材34の下端部には昇降機構35が接続され、この昇降機構35によって載置台31は、図1に一点鎖線で示す下方側の位置と、同図に実線で示す上方側の位置との間を昇降移動することができる。下方側の位置は、搬入出口12から処理容器11内に進入するウエハWの搬送機構(不図示)との間で当該ウエハWの受け渡しを行うための受け渡し位置である。また、上方側の位置は、ウエハWに対する成膜処理が行われる処理位置である。 A mounting table 31 is provided within the processing vessel 11 for horizontally mounting a wafer W. A heater 311 is provided inside the mounting table 31 for heating the wafer W. The upper end of a rod-shaped support member 34, which extends vertically and penetrates the bottom of the processing vessel 11, is connected to the center of the underside of the mounting table 31. An elevation mechanism 35 is connected to the lower end of the support member 34, and this elevation mechanism 35 enables the mounting table 31 to move up and down between a lower position indicated by a dashed line in FIG. 1 and an upper position indicated by a solid line in the same figure. The lower position is a transfer position for transferring the wafer W to and from a transfer mechanism (not shown) for the wafer W entering the processing vessel 11 through the loading/unloading port 12. The upper position is a processing position where a film formation process is performed on the wafer W.

また載置台31の下方側には、昇降機構381によって昇降自在に構成された複数本の支持ピン38が配置されている。載置台31を受け渡し位置に位置させたとき、支持ピン38を昇降させると、載置台31に設けられた貫通孔39を介して支持ピン38が載置台31の上面から突没する。この動作により、載置台31と搬送機構との間でウエハWの受け渡しを行うことができる。 In addition, multiple support pins 38 are arranged below the mounting table 31, and are configured to be freely raised and lowered by a lifting mechanism 381. When the mounting table 31 is positioned at the transfer position, raising and lowering the support pins 38 causes the support pins 38 to protrude and retract from the top surface of the mounting table 31 through through holes 39 provided in the mounting table 31. This action allows the wafer W to be transferred between the mounting table 31 and the transfer mechanism.

<ガス供給系4>
円環状に構成された排気ダクト14の内側、即ち、載置台31の上方側には、既述のプラズマ形成空間7を備えたガス供給機構2が設けられている。ガス供給機構2の詳細な構成については、図2以降にて説明するので、当該ガス供給機構2に向けて各種成膜ガスを供給するガス供給系4の構成例について先に説明しておく。
<Gas supply system 4>
The gas supply mechanism 2 having the plasma generation space 7 is provided inside the annular exhaust duct 14, i.e., above the mounting table 31. The detailed configuration of the gas supply mechanism 2 will be described in FIG. 2 and subsequent drawings. Therefore, an example configuration of the gas supply system 4 that supplies various film formation gases to the gas supply mechanism 2 will be described first.

本例のガス供給系4は、ウエハWに形成される膜の膜物質の原料となるプリカーサ(膜原料)を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部41と、プリカーサと反応して膜物質を得るための反応ガスを供給する反応ガス供給部42と、成膜ガス(後述の例では反応ガス)のプラズマ化を補助するために添加される、アルゴンガスなどの補助ガスを供給する補助ガス供給部43とを備える。膜物質として、チタンを含む膜を形成する場合には、TiClを含む原料ガスを用いる場合を例示できる。反応ガスとしては、酸化膜を形成する場合の酸素ガスやオゾンガス、窒化膜を形成する場合のアンモニアガス、プリカーサを還元して金属膜を形成する場合の還元ガスである水素ガスなどを例示することができる。 The gas supply system 4 in this example includes a source gas supply unit 41 that supplies a source gas containing a precursor (film raw material) that serves as a raw material for the film material to be formed on the wafer W, a reactive gas supply unit 42 that supplies a reactive gas that reacts with the precursor to obtain the film material, and an auxiliary gas supply unit 43 that supplies an auxiliary gas such as argon gas that is added to assist in generating plasma from the film-forming gas (the reactive gas in the example described below). When forming a film containing titanium as the film material, a source gas containing TiCl4 can be used, for example. Examples of reactive gases include oxygen gas or ozone gas when forming an oxide film, ammonia gas when forming a nitride film, and hydrogen gas, which is a reducing gas when reducing the precursor to form a metal film.

原料ガス供給部41には、原料ガス供給ライン412の一端が接続され、この原料ガス供給ライン412には、上流側から順に、流量調節部411及びバルブV1が介設されている。また反応ガス供給部42には反応ガス供給ライン422の一端が接続され、この反応ガス供給ライン422には、上流側から順に、流量調節部421及びバルブV2が介設されている。また、例えばALDにより成膜を行う場合には、短時間に十分な量の原料ガスや反応ガスを供給するため、バルブV1、V2の上流側に、各ガスの貯留タンク413、423を設けてもよい。 One end of a raw material gas supply line 412 is connected to the raw material gas supply unit 41, and a flow rate regulator 411 and a valve V1 are installed on this raw material gas supply line 412, in that order from the upstream side. One end of a reactive gas supply line 422 is connected to the reactive gas supply unit 42, and a flow rate regulator 421 and a valve V2 are installed on this reactive gas supply line 422, in that order from the upstream side. Furthermore, when forming a film by ALD, for example, storage tanks 413 and 423 for each gas may be installed upstream of valves V1 and V2 to supply sufficient amounts of raw material gas and reactive gas in a short period of time.

さらにまた補助ガス供給部43には補助ガス供給ライン432の一端が接続され、この補助ガス供給ライン432には、上流側から順に、流量調節部431及びバルブV3が介設されている。
なお、ガス供給系4の構成は、この例に限定されるものではなく、例えば各ガス供給ライン412、422、432に対し、処理容器11からの成膜ガスの排出を促進するパージガスを供給するためのパージガス供給ラインを合流させてもよい。パージガスとしては、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを例示することができる。
Furthermore, one end of an auxiliary gas supply line 432 is connected to the auxiliary gas supply unit 43, and a flow rate regulator 431 and a valve V3 are provided in this auxiliary gas supply line 432 in this order from the upstream side.
The configuration of the gas supply system 4 is not limited to this example, and for example, a purge gas supply line for supplying a purge gas that promotes the discharge of film forming gas from the processing vessel 11 may be joined to each of the gas supply lines 412, 422, and 432. Examples of the purge gas include an inert gas such as argon gas or nitrogen gas.

各ガス供給ライン412、422、432の他端部は、ガス供給機構2に設けられた接続ポート部21に接続されている。接続ポート部21の具体的な構成は、図2以降のガス供給機構2の説明と共に行うので、図1にはガス供給ライン412、422、432が接続される領域を包括的に表示してある。
また、ガス供給機構2には、プラズマ形成用の高周波電力を印加する高周波電源52が整合器51を介して接続され、さらに接地端が接続されている。高周波電源52、接地端の接続状態などに係る構成についても図2以降のガス供給機構2の説明にて行う。
The other end of each of the gas supply lines 412, 422, 432 is connected to a connection port 21 provided in the gas supply mechanism 2. The specific configuration of the connection port 21 will be described together with the description of the gas supply mechanism 2 from FIG. 2 onwards, so FIG. 1 comprehensively shows the areas to which the gas supply lines 412, 422, 432 are connected.
A high frequency power supply 52 that applies high frequency power for plasma generation is connected to the gas supply mechanism 2 via a matching box 51, and a ground terminal is also connected to the gas supply mechanism 2. The configuration relating to the connection state of the high frequency power supply 52 and the ground terminal will also be described in the description of the gas supply mechanism 2 from FIG. 2 onwards.

<第1実施形態のガス供給機構2>
次いで、成膜ガスをプラズマ化し、載置台31に載置されたウエハWに向けて、プラズマに含まれる活性種を供給するガス供給機構2の構成例(第1実施形態)について、図2~図4を参照しながら説明する。
<Gas supply mechanism 2 of first embodiment>
Next, a configuration example (first embodiment) of the gas supply mechanism 2 that converts a film formation gas into plasma and supplies activated species contained in the plasma toward the wafer W placed on the mounting table 31 will be described with reference to FIGS. 2 to 4.

本例のガス供給機構2は、筒状、例えば円筒状の空間であるプラズマ形成空間7内にて、反応ガス供給部42から供給される反応ガスを含む成膜ガスの容量結合プラズマを発生させる。そしてプラズマに含まれる活性種をウエハWに向けて供給する構成となっている。このとき、ガス供給機構2は、プラズマに含まれる高エネルギーの荷電粒子(イオン)を除去し、低エネルギーの荷電粒子、中性粒子またはラジカルの含有濃度を上昇させた状態で活性種を供給する。この結果、ウエハWに対するダメージの少ない成膜処理を行うことができる。 The gas supply mechanism 2 in this example generates a capacitively coupled plasma of a film formation gas containing a reactive gas supplied from a reactive gas supply unit 42 in a plasma formation space 7, which is a cylindrical space. It is then configured to supply activated species contained in the plasma toward the wafer W. At this time, the gas supply mechanism 2 removes high-energy charged particles (ions) contained in the plasma and supplies activated species with an increased concentration of low-energy charged particles, neutral particles, or radicals. As a result, film formation processing can be performed with minimal damage to the wafer W.

図2は、本例のガス供給機構2の一部破断側面図を示し、図3はその拡大縦断面図を示している。また、図4(a)はガス供給機構2を上面側から見た平面図、図4(b)は、ガス供給機構2を下面側から見た平面図を示している。
図2に示すように、ガス供給機構2には、複数のプラズマ形成空間7が互いに横方向に隣り合うように配置されている。また、これらのプラズマ形成空間7が配置された領域の下面側には、載置台31上のウエハWへ向けて各種の成膜ガスを分散供給するためのガスシャワーヘッド部(以下、単に「シャワーヘッド部」と記載する)22が設けられている。各プラズマ形成空間7の構成は互いに共通するので、図3を参照しながらプラズマ形成空間7の構成例について詳細に説明する。
Fig. 2 shows a partially cutaway side view of the gas supply mechanism 2 of this example, and Fig. 3 shows an enlarged longitudinal cross-sectional view thereof. Fig. 4(a) shows a plan view of the gas supply mechanism 2 as seen from above, and Fig. 4(b) shows a plan view of the gas supply mechanism 2 as seen from below.
2, the gas supply mechanism 2 has a plurality of plasma generation spaces 7 arranged side by side in the lateral direction. A gas shower head (hereinafter simply referred to as "shower head") 22 is provided below the area where the plasma generation spaces 7 are arranged, for dispersing and supplying various film formation gases toward the wafer W on the mounting table 31. Since the configuration of each plasma generation space 7 is common to all of them, an example of the configuration of the plasma generation space 7 will be described in detail with reference to FIG.

図3に示すように、ガス供給機構2には、誘電体部材からなる誘電体板601の下面側に、外側セル643と内側セル63とを入れ子状に配置した構成となっている。外側セル643及び内側セル63は、各々、円筒状の誘電体部材により構成され、外側セル643の内径が、内側セル63の外径よりも大きくなっている。 As shown in Figure 3, the gas supply mechanism 2 has an outer cell 643 and an inner cell 63 nested on the underside of a dielectric plate 601 made of a dielectric material. The outer cell 643 and the inner cell 63 are each made of a cylindrical dielectric material, and the inner diameter of the outer cell 643 is larger than the outer diameter of the inner cell 63.

これら外側セル643及び内側セル63は、中心軸の位置を揃えて、当該中心軸が上下方向を向くように、誘電体板601の下面に接続されている。なお各誘電体部材は例えば石英により構成される(以下、特に言及がない限り同じ)。
上述の構成により、いずれも誘電体部材により構成された、内側セル63の外周側の壁面(管状壁面)と、外側セル643の内周側の壁面(管状壁面)とが二重管状に配置され、これらの壁面の間に、円筒状のプラズマ形成空間7が形成される。なお、図4(a)には、内側セル63及び外側セル643の壁面の位置を破線で示してある。
The outer cell 643 and the inner cell 63 are connected to the lower surface of the dielectric plate 601 with their central axes aligned and facing the vertical direction. Each dielectric member is made of, for example, quartz (hereinafter, the same applies unless otherwise specified).
With the above-described configuration, the outer peripheral wall surface (tubular wall surface) of the inner cell 63 and the inner peripheral wall surface (tubular wall surface) of the outer cell 643, both of which are made of a dielectric material, are arranged in a double-tube shape, and a cylindrical plasma generation space 7 is formed between these wall surfaces. In Fig. 4(a), the positions of the wall surfaces of the inner cell 63 and the outer cell 643 are indicated by dashed lines.

内側セル63の内部には、筒状に形成された金属からなる電極612が設けられている。電極612に対しては、上面側に設けられた金属板を貫通するように、棒ネジ状の電極端子611が挿入されている。電極端子611の上端部には、整合器51を介して高周波電源52が接続されている。 A cylindrical metal electrode 612 is provided inside the inner cell 63. A rod-thread-shaped electrode terminal 611 is inserted into the electrode 612, penetrating a metal plate provided on the upper surface. A high-frequency power source 52 is connected to the upper end of the electrode terminal 611 via a matching box 51.

また電極端子611の上部側部分は、誘電体板601に取り付けられた誘電体部材からなる上部ナット621により保持されている。この上部ナット621の下端部は、誘電体板601の下面から突出し、内側セル63内に挿入されている。 The upper portion of the electrode terminal 611 is held in place by an upper nut 621 made of a dielectric material attached to the dielectric plate 601. The lower end of this upper nut 621 protrudes from the underside of the dielectric plate 601 and is inserted into the inner cell 63.

さらに内側セル63の下面側からは、筒状の電極612内に嵌合するように、誘電体部材からなる下部ナット622が挿入されている。下部ナット622の上面には開口が形成され、当該開口内に電極端子611の下端部が挿入されている。また、下部ナット622の下端部にはフランジが形成され、当該フランジによって内側セル63の下面側の開口が塞がれている。 Furthermore, a lower nut 622 made of a dielectric material is inserted from the underside of the inner cell 63 so as to fit into the cylindrical electrode 612. An opening is formed on the upper surface of the lower nut 622, and the lower end of the electrode terminal 611 is inserted into this opening. In addition, a flange is formed on the lower end of the lower nut 622, and this flange closes the opening on the lower side of the inner cell 63.

一方、外側セル643には、上面側へ向けて開口する溝が、周方向に沿って形成されている。この溝には、後述する原料ガス流路65が貫通している位置を除いて、概略筒状に形成された金属からなる電極642が挿入されている。電極642に対しては、棒ネジ状の電極端子641が挿入されている。電極端子641の上端部には、接地端が接続されている。 On the other hand, a groove opening toward the upper surface is formed in the outer cell 643 along the circumferential direction. A roughly cylindrical metal electrode 642 is inserted into this groove, except for the position where the source gas flow path 65 (described below) passes through. A rod-thread-shaped electrode terminal 641 is inserted into the electrode 642. A ground terminal is connected to the upper end of the electrode terminal 641.

以上に説明した構成により、プラズマ形成空間7を形成する内側セル63、外側セル643の内側に各々配置された電極612、642が対向電極となる。そして、高周波電源52より、カソード電極である電極612に高周波電力を供給すると、接地されたアノード電極である電極642との間のプラズマ形成空間7内に容量結合が形成される。 With the configuration described above, the electrodes 612, 642 arranged inside the inner cell 63 and outer cell 643, which form the plasma generation space 7, respectively, serve as opposing electrodes. When high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 52 to the electrode 612, which serves as the cathode electrode, capacitive coupling is formed within the plasma generation space 7 between the electrode 612, which serves as the grounded anode electrode, and the electrode 642.

次いで、容量結合が形成されるプラズマ形成空間7に成膜ガスを供給する構成について説明する。本例のガス供給機構2においては、反応ガス、及び反応ガスのプラズマ化を補助する補助ガスがプラズマ形成空間7内に供給される例を示す。
図3に示すように、誘電体板601の上面側には、反応ガスを供給する反応ガス供給ライン422に接続される接続ポート211、及び補助ガスを供給する補助ガス供給ライン432に接続される接続ポート212が設けられている。接続ポート211、212は、各々、誘電体板601を上下方向に貫通する反応ガス流路671、補助ガス流路672に接続されている。誘電体板601の上面には、複数の接続ポート211、212が設けられており、反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432の下流側の端部は分岐して、各々の接続ポート211、212に接続されている。
図1に示す接続ポート部21は、上述した反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432との接続ポート211、212、及び、後述する原料ガス供給ライン412との接続ポート213を包括表示したものである。
Next, a description will be given of a configuration for supplying a film formation gas to the plasma generation space 7 where capacitive coupling is formed. In the gas supply mechanism 2 of this example, an example will be shown in which a reactive gas and an auxiliary gas that assists in generating plasma from the reactive gas are supplied into the plasma generation space 7.
3 , a connection port 211 connected to a reactive gas supply line 422 that supplies a reactive gas, and a connection port 212 connected to an auxiliary gas supply line 432 that supplies an auxiliary gas, are provided on the upper surface of the dielectric plate 601. The connection ports 211 and 212 are respectively connected to a reactive gas flow path 671 and an auxiliary gas flow path 672 that vertically penetrate the dielectric plate 601. A plurality of connection ports 211 and 212 are provided on the upper surface of the dielectric plate 601, and the downstream ends of the reactive gas supply line 422 and the auxiliary gas supply line 432 branch out and are connected to the respective connection ports 211 and 212.
The connection port portion 21 shown in FIG. 1 collectively represents the connection ports 211 and 212 with the above-mentioned reaction gas supply line 422 and auxiliary gas supply line 432, and the connection port 213 with the raw material gas supply line 412 described below.

一方、誘電体板601の下面側に設けられた内側セル63の上端部には、内側セル63の本体よりも径の大きなフランジ部631が設けられている。既述の反応ガス流路671、補助ガス流路672の下端部は、このフランジ部631の上面へ向けて開口している。さらに反応ガス流路671、補助ガス流路672の開口位置よりも、径方向外方側の領域では、フランジ部631の上面と誘電体板601の下面との間に隙間が形成されている。この隙間を導入流路72として、反応ガス供給ライン422から供給された反応ガス、及び補助ガス供給ライン432から供給された補助ガスが、プラズマ形成空間7内に流れ込む。 Meanwhile, a flange portion 631 with a diameter larger than the main body of the inner cell 63 is provided at the upper end of the inner cell 63 provided on the underside of the dielectric plate 601. The lower ends of the previously mentioned reaction gas flow path 671 and auxiliary gas flow path 672 open toward the upper surface of this flange portion 631. Furthermore, in an area radially outward from the opening positions of the reaction gas flow path 671 and auxiliary gas flow path 672, a gap is formed between the upper surface of the flange portion 631 and the lower surface of the dielectric plate 601. This gap serves as an introduction flow path 72, through which the reaction gas supplied from the reaction gas supply line 422 and the auxiliary gas supplied from the auxiliary gas supply line 432 flow into the plasma generation space 7.

プラズマ形成空間7に流れ込んだ反応ガス及び補助ガスが混合されて形成される成膜ガスは、プラズマ形成空間7の上部側から下部側へ向けて軸方向に沿って流れると共に、電極612、642間の容量結合の作用によりプラズマ化される。
この観点で、反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432の上流側の各機器(反応ガス供給部42、補助ガス供給部43、流量調節部421、431など)や接続ポート211、212、反応ガス流路671、補助ガス流路672、導入流路72は、本例の処理ガス供給部に相当している。また、対向電極を構成する電極612、642や整合器51、高周波電源52は、成膜ガス(反応ガス、補助ガス)をプラズマ化するためにプラズマ形成空間7に併設されたプラズマ形成機構に相当する。
The film-forming gas formed by mixing the reactive gas and auxiliary gas flowing into the plasma-forming space 7 flows axially from the upper side to the lower side of the plasma-forming space 7 and is converted into plasma by the capacitive coupling between the electrodes 612 and 642.
From this perspective, the devices (reactive gas supply unit 42, auxiliary gas supply unit 43, flow rate adjusters 421, 431, etc.) upstream of the reactive gas supply line 422 and the auxiliary gas supply line 432, the connection ports 211, 212, the reactive gas flow path 671, the auxiliary gas flow path 672, and the introduction flow path 72 correspond to the process gas supply unit in this example. In addition, the electrodes 612, 642 constituting the counter electrode, the matching box 51, and the high-frequency power supply 52 correspond to a plasma generation mechanism provided in the plasma generation space 7 for generating plasma from the film formation gases (reactive gas and auxiliary gas).

一方、成膜ガスが流れ出る位置であるプラズマ形成空間7の下端部には、プラズマ化した成膜ガスに含まれる高エネルギーの荷電粒子を除去するための規制部材が設けられている。本例の規制部材は、外側セル643の下端部から、内側セル63側へ向け、プラズマ形成空間7の径方向内側へ突出するように設けられたリング状の支持部661と、支持部661の内周縁部上に配置されたリング部材662とを備えている。支持部661やリング部材662は、誘電体部材により構成してもよいし、金属部材の表面を誘電体膜で被覆した構成としてもよい。これらの部材を構成し、または金属部材を被覆する誘電体は、二酸化ケイ素(石英)の他、酸化イットリアなどを例示することができる。 Meanwhile, a regulating member is provided at the lower end of the plasma formation space 7, where the film formation gas flows out, to remove high-energy charged particles contained in the plasma-converted film formation gas. In this example, the regulating member comprises a ring-shaped support portion 661 that protrudes radially inward of the plasma formation space 7 from the lower end of the outer cell 643 toward the inner cell 63, and a ring member 662 positioned on the inner peripheral edge of the support portion 661. The support portion 661 and ring member 662 may be made of a dielectric member, or may be made of a metal member whose surface is coated with a dielectric film. Examples of dielectric materials that make up these members or that coat the metal members include silicon dioxide (quartz) and yttria oxide.

支持部661に支持されたリング部材662は、内側セル63及び下部ナット622の下方側に配置され、載置台31側から見て、内側セル63の下面全体、及び下部ナット622の下面の一部を覆うように設けられている。リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間には、隙間が形成されている。この隙間を絞り流路71として、プラズマ形成空間7から流れ出た成膜ガスが、当該絞り流路71及びリング部材662の中央部側の開口部73を介して下方側のシャワーヘッド部22へと流れ込む。なお、図示の便宜上、図2においては、導入流路72や絞り流路71の記載を省略してある。 The ring member 662 supported by the support portion 661 is positioned below the inner cell 63 and lower nut 622, and is configured to cover the entire lower surface of the inner cell 63 and part of the lower surface of the lower nut 622 when viewed from the mounting table 31. A gap is formed between the upper surface of the ring member 662 and the lower surfaces of the inner cell 63 and lower nut 622. This gap serves as a throttle channel 71, through which film formation gas flowing out of the plasma formation space 7 flows into the shower head 22 below via the throttle channel 71 and an opening 73 on the central side of the ring member 662. For ease of illustration, the introduction channel 72 and throttle channel 71 are omitted from Figure 2.

これら支持部661及びリング部材662は、プラズマ形成空間7から成膜ガスが流出する位置に設けられ、プラズマ形成空間7の軸方向に沿った成膜ガスの流れの方向を、筒状のプラズマ形成空間7の径方向に向かうように規制する。また、リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間に形成される絞り流路71の流路面積(流れ方向と交差する流路の断面積)は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さくなっている。 The support member 661 and ring member 662 are positioned at a position where the film formation gas flows out of the plasma formation space 7, and regulate the flow direction of the film formation gas along the axial direction of the plasma formation space 7 so that it flows radially through the cylindrical plasma formation space 7. Furthermore, the flow area (cross-sectional area of the flow path intersecting the flow direction) of the throttle flow path 71 formed between the upper surface of the ring member 662 and the lower surface of the inner cell 63 and lower nut 622 is smaller than that of the plasma formation space 7.

これら支持部661及びリング部材662は、本例の規制部材を構成している。また、内側セル63、下部ナット622は第1部材に相当し、第1部材の下方側へ向けて突出するように配置される規制部材(支持部661)の起点に位置する外側セル643は第2部材に相当する。
また上述のように、いずれも規制部材である支持部661とリング部材662とは別体として構成されている。このため、開口部73の開口径が異なるリング部材662に取り換えることにより、絞り流路71の流路長を変更することができる。
The support portion 661 and the ring member 662 constitute the restricting member of this example. The inner cell 63 and the lower nut 622 correspond to the first member, and the outer cell 643 located at the starting point of the restricting member (support portion 661) arranged to protrude downward from the first member corresponds to the second member.
As described above, the support portion 661 and the ring member 662, both of which are restricting members, are configured as separate bodies. Therefore, by replacing the ring member 662 with one having a different opening diameter of the opening 73, the flow path length of the throttle flow path 71 can be changed.

リング部材662の開口部73を介して成膜ガスが流れ出す位置には、シャワーヘッド部22が配置されている。シャワーヘッド部22内は、ガス供給機構2に複数、設けられているプラズマ形成空間7の各々に対応させて、プラズマ形成空間7から流出した成膜ガスを拡散させるための複数のガス拡散室222aに区画されている。ガス拡散室222aは、規制部材である支持部661、リング部材662の下方側に、ガス分散板221を配置することによって構成されている。ガス分散板221には、処理容器11へ向けて成膜ガスを供給するための多数のガス供給孔223が形成されている。図4(b)には、ガス拡散室222aが形成されている領域に対応させドットパターンを付すことにより、当該領域に多数のガス供給孔223が形成されている様子を模式的に示してある。図4(b)に示すように、各ガス拡散室222aは、平面形状が円形に形成されている。 The shower head 22 is located at the position where the film formation gas flows out through the opening 73 of the ring member 662. The shower head 22 is divided into multiple gas diffusion chambers 222a corresponding to each of the plasma formation spaces 7 provided in the gas supply mechanism 2, for diffusing the film formation gas flowing out from the plasma formation spaces 7. The gas diffusion chambers 222a are formed by placing a gas dispersion plate 221 below the support member 661 and the ring member 662, which serve as a regulating member. The gas dispersion plate 221 has multiple gas supply holes 223 formed therein for supplying the film formation gas toward the processing vessel 11. Figure 4(b) schematically illustrates the formation of multiple gas supply holes 223 in the gas diffusion chambers 222a by applying a dot pattern corresponding to the area where the gas diffusion chambers 222a are formed. As shown in Figure 4(b), each gas diffusion chamber 222a has a circular planar shape.

さらにガス供給機構2は、処理容器11内へ向けて、プリカーサを含む原料ガスを供給する機能を備えている。本例のガス供給機構2において、原料ガスは、プラズマ形成空間7を介さずに、プラズマ化していない「他の成膜ガス(処理ガス)」として処理容器11内に供給される。 The gas supply mechanism 2 also has the function of supplying a source gas containing a precursor into the processing vessel 11. In this example, the source gas is supplied into the processing vessel 11 as an "other film formation gas (processing gas)" that has not been converted into plasma, without passing through the plasma formation space 7.

例えば図4(a)に示すように、誘電体板601の上面側には、円筒状に構成された外側セル643の上方側に位置するように接続ポート213が設けられている。誘電体板601の上面には、複数の接続ポート213が設けられており、原料ガスを供給する原料ガス供給ライン412の下流側の端部は分岐して、各々の接続ポート213に接続されている。図3に示すように、接続ポート213には、誘電体板601及び外側セル643を上下方向に貫通するように、金属製の配管部材からなる原料ガス流路65が設けられている。原料ガス流路65は、外側セル643内に配置された電極642と電気的に接続され、接地された状態となっている。 For example, as shown in FIG. 4(a), a connection port 213 is provided on the upper surface of the dielectric plate 601, positioned above the cylindrical outer cell 643. Multiple connection ports 213 are provided on the upper surface of the dielectric plate 601, and the downstream end of the raw material gas supply line 412 that supplies the raw material gas branches and is connected to each connection port 213. As shown in FIG. 3, a raw material gas flow path 65 made of a metal piping member is provided in the connection port 213, penetrating the dielectric plate 601 and the outer cell 643 in the vertical direction. The raw material gas flow path 65 is electrically connected to an electrode 642 arranged in the outer cell 643 and is in a grounded state.

原料ガス流路65の下端部は、既述のガス拡散室222aと区画して形成されたガス拡散室222bに接続されている。ガス拡散室222bは、平面形状が円形に形成された各ガス拡散室222aの周囲を囲むように、円環状に形成されている。ガス拡散室222bの下面側のガス分散板221についても、処理容器11へ向けて成膜ガスを供給するための多数のガス供給孔223が形成されている。図4(b)には、ガス拡散室222bが形成されている円環状の領域に対応させてドットパターンを付すことにより、当該領域に多数のガス供給孔223が形成されている様子を模式的に示してある。 The lower end of the source gas flow path 65 is connected to the gas diffusion chamber 222b, which is formed to separate it from the gas diffusion chamber 222a described above. The gas diffusion chamber 222b is formed in an annular shape so as to surround each gas diffusion chamber 222a, which has a circular planar shape. The gas dispersion plate 221 on the lower surface of the gas diffusion chamber 222b also has a large number of gas supply holes 223 formed therein for supplying film formation gas toward the processing vessel 11. Figure 4(b) schematically shows the large number of gas supply holes 223 formed in the annular region where the gas diffusion chamber 222b is formed, by adding a dot pattern corresponding to that region.

本例のガス供給機構2には、図3を用いて説明したプラズマ形成空間7の関連構成(内側セル63、外側セル643、支持部661、リング部材662、ガス拡散室222aなど)を1ユニットとして、複数ユニット分のプラズマ形成空間7が設けられている。このとき、図2、図4(a)、(b)に示すように、プラズマ形成空間7を構成する各ユニットは、平面視円形状のガス供給機構2の面内にて、互いに隣り合うように充填配置されている。 In this example, the gas supply mechanism 2 is provided with multiple units of plasma generation space 7, each unit consisting of the related components of the plasma generation space 7 described using Figure 3 (inner cell 63, outer cell 643, support member 661, ring member 662, gas diffusion chamber 222a, etc.). In this case, as shown in Figures 2, 4(a), and 4(b), the units that make up the plasma generation space 7 are packed and arranged adjacent to each other within the plane of the gas supply mechanism 2, which is circular in plan view.

<制御部100>
図1の説明に戻ると、成膜装置1は制御部100を備えている。制御部100は、プログラムを記憶した記憶部、メモリ、CPUを含むコンピュータにより構成される。プログラムは、制御部100から成膜装置1の各部に向けて制御信号を出力し、ウエハWの搬入出や成膜処理を実行するための命令(ステップ)が組まれている。プログラムは、コンピュータの記憶部、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)、不揮発性メモリなどに格納され、この記憶部から読み出されて制御部100にインストールされる。
<Control Unit 100>
Returning to the explanation of FIG. 1 , the film forming apparatus 1 includes a control unit 100. The control unit 100 is configured with a computer including a storage unit, a memory, and a CPU that stores a program. The program contains instructions (steps) for outputting control signals from the control unit 100 to each unit of the film forming apparatus 1 and for carrying in and out wafers W and for executing film forming processes. The program is stored in a storage unit of the computer, such as a flexible disk, compact disk, hard disk, MO (magneto-optical disk), or nonvolatile memory, and is read from the storage unit and installed in the control unit 100.

<成膜処理>
次いで、以上に説明した構成を備える成膜装置1を用い、プラズマ処理として、ウエハWへの成膜処理を実行する動作について説明する。
外部の真空搬送室に処理対象のウエハWが搬送されてきたら、ゲートバルブ13を開き、搬入出口12を介して、ウエハWを保持した搬送機構(不図示)を処理容器11内に進入させる。そして、下方位置にて待機している載置台31に対し、支持ピン38を用いてウエハWの受け渡しを行う。
<Film formation process>
Next, an operation of performing a film forming process on a wafer W as a plasma process using the film forming apparatus 1 having the above-described configuration will be described.
When the wafer W to be processed is transferred to the external vacuum transfer chamber, the gate valve 13 is opened, and a transfer mechanism (not shown) holding the wafer W is introduced into the processing vessel 11 through the transfer port 12. Then, the wafer W is transferred to the mounting table 31 waiting at a lower position using the support pins 38.

しかる後、処理容器11から搬送機構を退出させ、ゲートバルブ13を閉じると共に、処理容器11内の圧力調節、ウエハWの温度調節を行う。次いで、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガス、補助ガスの供給を行うと共に、高周波電源52から電極612に高周波電力を印加し、電極642との間の容量結合により、プラズマ形成空間7に供給された成膜ガス(反応ガス、補助ガス)をプラズマ化する。なお、以下、作用に係る説明においては、説明の便宜上、反応ガスにのみ言及する場合があるが、プラズマ化する反応ガスには補助ガスも同時に供給されている。プラズマ化した反応ガスは、プラズマ形成空間7を通過し、ガス拡散室222aに流れ込んだ後、処理容器11内に供給される。
また、原料ガス流路65を介してガス拡散室222bに流れ込んだ原料ガスについても処理容器11内に供給される。
Thereafter, the transfer mechanism is withdrawn from the processing chamber 11, the gate valve 13 is closed, and the pressure in the processing chamber 11 and the temperature of the wafer W are adjusted. Next, reactive gas and auxiliary gas are supplied to each plasma generation space 7, and high-frequency power is applied from the high-frequency power supply 52 to the electrode 612. The film-forming gas (reactive gas, auxiliary gas) supplied to the plasma generation space 7 is converted into plasma by capacitive coupling with the electrode 642. Note that, in the following explanation of the operation, for convenience of explanation, only reactive gas may be referred to; however, the auxiliary gas is also supplied simultaneously with the reactive gas to be converted into plasma. The converted reactive gas passes through the plasma generation space 7, flows into the gas diffusion chamber 222a, and is then supplied into the processing chamber 11.
Furthermore, the source gas flowing into the gas diffusion chamber 222 b through the source gas flow passage 65 is also supplied into the processing vessel 11 .

このとき、CVD法により成膜を行う場合は、プラズマ形成空間7を介した反応ガスの供給と、原料ガス流路65を介した原料ガスの供給とを並行して実施してもよい。
また、ALD法により成膜を行う場合には、例えば「原料ガス流路65を介した原料ガスの供給(ウエハWへのプリカーサの吸着)→プラズマ形成空間7及び原料ガス流路65を介したパージガスの供給→プラズマ形成空間7への反応ガスの供給(ウエハWに吸着したプリカーサとの反応)→プラズマ形成空間7及び原料ガス流路65を介したパージガスの供給」のサイクルが、所定回数繰り返される。この場合には、プラズマ形成空間7を介して供給されるガスのプラズマは、反応ガスの供給時にのみ形成される。
At this time, when forming a film by CVD, the supply of the reactive gas through the plasma generating space 7 and the supply of the raw material gas through the raw material gas flow passage 65 may be carried out in parallel.
Furthermore, when forming a film by the ALD method, for example, a cycle of "supply of raw material gas via the raw material gas flow path 65 (adsorption of precursor onto the wafer W) → supply of purge gas via the plasma forming space 7 and the raw material gas flow path 65 → supply of reactive gas into the plasma forming space 7 (reaction with the precursor adsorbed onto the wafer W) → supply of purge gas via the plasma forming space 7 and the raw material gas flow path 65" is repeated a predetermined number of times. In this case, plasma of the gas supplied via the plasma forming space 7 is formed only when the reactive gas is supplied.

<規制部材の作用>
ここで、プラズマ形成空間7内における反応ガスのプラズマ化、及びプラズマ化した反応ガスの流れに対する規制部材(支持部661、リング部材662)の作用について説明する。
内側セル63の上部側の導入流路72からプラズマ形成空間7内に流れ込んだ反応ガスは、上部側から下部側へ向けてプラズマ形成空間7内を流下する。この際、電極612、642間の容量結合の作用により反応ガスがプラズマ化され、反応ガスの活性種(イオン、電子、ラジカル)が生成する。
<Action of the Restricting Member>
Here, the action of the regulating members (supporting portion 661, ring member 662) on the plasma generation of the reactive gas in the plasma generation space 7 and the flow of the plasma-generated reactive gas will be described.
The reactive gas that flows into the plasma-forming space 7 from the inlet flow path 72 on the upper side of the inner cell 63 flows downward from the upper side to the lower side within the plasma-forming space 7. At this time, the reactive gas is converted into plasma by the action of capacitive coupling between the electrodes 612 and 642, and activated species of the reactive gas (ions, electrons, radicals) are generated.

ここで、プラズマ形成空間7は、二重管状に対向して配置された内側セル63、外側セル643の管状壁面の間に形成された筒状の空間として構成されている。筒状のプラズマ形成空間7は、電極612、642間の離間距離が増大することを抑えつつ、限られた領域内に効率的にプラズマ形成空間7を配置することができる。このため、例えば同じ容積の円柱状の空間を挟んで電極612、642を配置し、容量結合プラズマを発生させる場合と比較して、反応ガスに対して効率的にエネルギーを供給し、活性種を生成することができる。 Here, the plasma generation space 7 is configured as a cylindrical space formed between the tubular walls of the inner cell 63 and outer cell 643, which are arranged facing each other in a double-tubular configuration. The cylindrical plasma generation space 7 allows the plasma generation space 7 to be efficiently positioned within a limited area while preventing the separation distance between the electrodes 612, 642 from increasing. Therefore, compared to, for example, when the electrodes 612, 642 are positioned across a cylindrical space of the same volume and capacitively coupled plasma is generated, energy can be supplied to the reactive gas more efficiently and active species can be generated.

プラズマ形成空間7にて生成した活性種は、イオン、電子、ラジカル単独の状態でウエハWに供給され、ウエハW上やその近傍にて原料ガスと反応し、膜が形成される。 The activated species generated in the plasma generation space 7 are supplied to the wafer W in the form of ions, electrons, or radicals alone, and react with the source gas on or near the wafer W to form a film.

一方で、プラズマ形成空間7にて生成した活性種の中には、比較的エネルギーの高いものが含まれる。例えば価数の大きいイオン(荷電粒子)が高密度でウエハWに供給されると、製造中のデバイス構造が電気的なダメージを受けてしまうおそれが生じる。また荷電粒子が、ウエハWの板面に向かう方向へ大きな運動エネルギーを持っている場合には、ウエハWに対する活性種の衝突に伴う物理的なダメージが大きくなる。 On the other hand, some of the active species generated in the plasma generation space 7 have relatively high energy. For example, if ions (charged particles) with a high valence are supplied to the wafer W at high density, there is a risk that the device structure being manufactured will be electrically damaged. Furthermore, if the charged particles have a large amount of kinetic energy in the direction toward the surface of the wafer W, the physical damage caused by the collision of the active species with the wafer W will be significant.

これらの点につき、プラズマ形成空間7から流出した反応ガスの活性種をそのままウエハWに供給すると、価数の大きなイオンが、大きな速度成分を持った状態でウエハWに供給され、電気的・物理的なダメージを与えてしまうおそれがある。
そこで、本例のガス供給機構2おいては、プラズマ形成空間7から反応ガスが流出する位置に、規制部材である支持部661、リング部材662を設けている。
Regarding these points, if the activated species of the reactive gas flowing out from the plasma generation space 7 are supplied directly to the wafer W, ions with high valences will be supplied to the wafer W with large velocity components, which may cause electrical and physical damage.
Therefore, in the gas supply mechanism 2 of this example, a support portion 661 and a ring member 662 serving as restricting members are provided at a position where the reactive gas flows out from the plasma generating space 7 .

支持部661及びリング部材662がプラズマ形成空間7の出口位置に設けられていることにより、プラズマ形成空間7内における反応ガスのプラズマ化を阻害せず、十分な量の活性種を生成することができる。十分な量の活性種が得られた後、プラズマ形成空間7の径方向に向けて流れるように反応ガスの流れの方向を規制することにより、イオンが、大きな速度成分を持った状態のままウエハWに衝突することを避けることができる。 By providing the support portion 661 and ring member 662 at the exit position of the plasma generation space 7, a sufficient amount of activated species can be generated without impeding the plasma generation of the reactive gas within the plasma generation space 7. After a sufficient amount of activated species has been obtained, the flow direction of the reactive gas is regulated so that it flows radially within the plasma generation space 7, thereby preventing ions with large velocity components from colliding with the wafer W.

また、既述のように支持部661やリング部材662は、二酸化ケイ素(石英)などの誘電体部材により構成され、または金属部材が誘電体膜により被覆された構成となっている。誘電体部材は、ラジカルや中性粒子が接触しても、これらの活性種を失活させにくい特性を有している。 As mentioned above, the support portion 661 and ring member 662 are made of a dielectric material such as silicon dioxide (quartz), or are metal members coated with a dielectric film. Dielectric materials have the property of being less likely to deactivate radicals or neutral particles even when they come into contact with these active species.

一方、高エネルギーの荷電粒子(イオン)がプラズマ形成空間7の出口の支持部661やリング部材662の配置位置に到達すると、流れ方向が変化し、ウエハWに向かう速度成分が低下する。さらに、高エネルギー荷電粒子の一部は、支持部661やリング部材662に衝突して、その一部は、これらの部材661、662との接触により電荷が移動して失活する。 On the other hand, when the high-energy charged particles (ions) reach the positions of the support member 661 and ring member 662 at the exit of the plasma generation space 7, their flow direction changes and the velocity component toward the wafer W decreases. Furthermore, some of the high-energy charged particles collide with the support member 661 and ring member 662, and some of them are deactivated due to the transfer of charge upon contact with these members 661 and 662.

さらに、リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間に形成される絞り流路71の流路面積は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さい絞り流路となっている。そして、既述のように内側セル63、下部ナット622についても誘電体部材により構成されているところ、絞り流路71を流れる荷電粒子がリング部材662、内側セル63、下部ナット622の表面と接触した場合にも、荷電粒子の失活が生じる。そして、流路面積が小さい絞り流路71では、荷電粒子がこれら誘電体部材と接触する確率が高くなり、荷電粒子を効率的に失活させることができる。 Furthermore, the flow area of the throttle channel 71 formed between the upper surface of the ring member 662 and the lower surfaces of the inner cell 63 and lower nut 622 is smaller than that of the plasma generation space 7. As already mentioned, the inner cell 63 and lower nut 622 are also made of dielectric materials, and charged particles flowing through the throttle channel 71 are deactivated when they come into contact with the surfaces of the ring member 662, inner cell 63, or lower nut 622. In the throttle channel 71 with its small flow area, the probability of charged particles coming into contact with these dielectric materials increases, allowing the charged particles to be deactivated efficiently.

以上に説明したように、規制部材(支持部661、リング部材662)は、プラズマ形成空間7から流出する反応ガスの流れ方向を規制する作用、及び、ラジカル、中性粒子の失活を抑える一方、荷電粒子の失活を促進する作用を備える。これらの作用により、プラズマ形成空間7にて生成した活性種に含まれる高エネルギー荷電粒子は、誘電体部材との接触により失活し、また失活せずに残っている荷電粒子についても、ウエハWに向かう速度成分が小さくなる。
これらの作用により、高エネルギー荷電粒子が選択的に除去された活性種を含む反応ガスを得ることができる。
As described above, the regulating members (supporting member 661, ring member 662) have the function of regulating the flow direction of the reactive gas flowing out of the plasma generation space 7, and the function of suppressing the deactivation of radicals and neutral particles while promoting the deactivation of charged particles. Due to these functions, high-energy charged particles contained in the activated species generated in the plasma generation space 7 are deactivated by contact with the dielectric member, and the velocity component of the remaining charged particles that are not deactivated, moving toward the wafer W, is reduced.
By these actions, a reaction gas containing activated species from which high-energy charged particles have been selectively removed can be obtained.

絞り流路71を通過した反応ガスは、開口部73を介してガス拡散室222aに流れ込み、ガス拡散室222a内に広がった後、ガス分散板221に多数形成されているガス供給孔223を介して処理容器11内に供給される。この反応ガスは、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高い状態となっているので、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。 The reaction gas that passes through the throttle flow path 71 flows into the gas diffusion chamber 222a through the opening 73, spreads within the gas diffusion chamber 222a, and is then supplied into the processing vessel 11 through the numerous gas supply holes 223 formed in the gas dispersion plate 221. This reaction gas contains a reduced concentration of high-energy charged particles and a high concentration of low-energy charged particles, neutral particles, and radicals, allowing the film formation process to proceed while minimizing damage to the wafer W.

予め設定された期間、CVD法またはALD法による成膜を行ったら、プラズマ形成空間7や原料ガス流路65からの各種成膜ガスの供給、及び電極端子611への高周波電力の供給を停止する。しかる後、搬入時とは反対の手順にて、成膜が行われたウエハWを処理容器11から搬出する。 After film formation by CVD or ALD has been performed for a preset period of time, the supply of various film formation gases from the plasma formation space 7 and the source gas flow path 65, as well as the supply of high-frequency power to the electrode terminal 611, is stopped. The wafer W on which film formation has been performed is then unloaded from the processing chamber 11 in the reverse order of the loading procedure.

<効果>
本実施形態に係る成膜装置1によれば以下の効果がある。プラズマ化した成膜ガス(反応ガス)に含まれる、高エネルギー荷電粒子を規制部材(支持部661、リング部材662)により除去する。この結果、ウエハWに対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを高濃度で供給して成膜処理を行うことができる。
<Effects>
The film forming apparatus 1 according to this embodiment has the following advantages: High-energy charged particles contained in the plasma-converted film forming gas (reactive gas) are removed by the restricting members (supporting portion 661, ring member 662). As a result, low-energy charged particles, neutral particles, or radicals can be supplied to the wafer W at a high concentration to perform the film forming process.

ここで規制部材は、図3に示す例のように、外側セル643側から内側セル63側へ向けて突出し、内側セル63や下部ナット622との間に絞り流路71を形成するように設ける場合に限定されない。
例えば図5に示すガス供給機構2aのように、内側セル63側から外側セル643側へ向けて突出するように規制部材(支持部661a及びリング部材662a)を設けてもよい。この場合には、例えばリング部材662aの上面と電極642の下面との間の隙間が絞り流路71aとなる。この例では、外側セル643が第1部材に相当し、支持部661aの起点に位置する内側セル63が第2部材に相当する。
Here, the regulating member is not limited to being arranged so as to protrude from the outer cell 643 side toward the inner cell 63 side, as in the example shown in Figure 3, and to form a throttle flow path 71 between it and the inner cell 63 or the lower nut 622.
5, a restricting member (a support portion 661a and a ring member 662a) may be provided so as to protrude from the inner cell 63 toward the outer cell 643. In this case, for example, a gap between the upper surface of the ring member 662a and the lower surface of the electrode 642 serves as the throttle flow path 71a. In this example, the outer cell 643 corresponds to the first member, and the inner cell 63 located at the starting point of the support portion 661a corresponds to the second member.

<第2実施形態のガス供給機構2b>
次いで、図6~図8を参照しながら、第2実施形態に係るガス供給機構2bの構成例について説明する。なお、既に説明した図5に記載のガス供給機構2aを含め、図5~図16に記載の各構成において、図1~図4を用いて説明したものと共通の構成には、これらの図に付したものと共通の符号を付してある。
図6は、ガス供給機構2bを互いに直交する2方向から見た縦断側面を同一画面内に表示した図であり、図7A、図7Bは、上記2方向から見たガス供給機構2bの中央領域の拡大縦断面図である。また図8は、ガス供給機構2bを上面側から見た一部破断平面図である。
<Gas supply mechanism 2b of second embodiment>
Next, a configuration example of a gas supply mechanism 2b according to the second embodiment will be described with reference to Figures 6 to 8. In each of the configurations shown in Figures 5 to 16, including the gas supply mechanism 2a shown in Figure 5 already described, components common to those described using Figures 1 to 4 are denoted by the same reference numerals as those used in these figures.
Fig. 6 is a diagram showing longitudinal cross-sectional views of gas supply mechanism 2b as viewed from two mutually orthogonal directions on the same screen, Fig. 7A and Fig. 7B are enlarged longitudinal cross-sectional views of the central region of gas supply mechanism 2b as viewed from the above two directions, and Fig. 8 is a partially cutaway plan view of gas supply mechanism 2b as viewed from above.

第1実施形態に係るガス供給機構2は、筒状に構成された複数のプラズマ形成空間7が互いに隣り合って配置されているのに対し、第2実施形態に係るガス供給機構2bは、複数のプラズマ形成空間7が多重同心円状に配置されている点が異なっている。
図6、図8に示すように、ガス供給機構2bの中央部には、円筒状の電極612aを収容した、誘電体部材からなる円筒状の内側セル63が設けられている。図7A、図7Bに示すように、電極612aには高周波電源52が接続されている。
The gas supply mechanism 2 according to the first embodiment is different in that a plurality of cylindrical plasma formation spaces 7 are arranged adjacent to each other, whereas the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment is different in that a plurality of plasma formation spaces 7 are arranged in a multiple concentric circle pattern.
6 and 8, a cylindrical inner cell 63 made of a dielectric material and containing a cylindrical electrode 612a is provided in the center of the gas supply mechanism 2b. As shown in FIGS. 7A and 7B, a high-frequency power supply 52 is connected to the electrode 612a.

内側セル63の外方側には、互いに間隔を開けて、扁平な円環状の誘電体部材からなるアノードセル643a、カソードセル63aが交互に設けられている。アノードセル643a、カソードセル63aには、各々、上面側へ向けて開口すると共に、周方向に沿って伸びる溝が形成されている。 Anode cells 643a and cathode cells 63a, made of flat, annular dielectric materials, are alternately arranged at intervals on the outer side of the inner cell 63. Each anode cell 643a and cathode cell 63a has a groove that opens toward the top and extends circumferentially.

図7A、図7B、図8に示すように、アノードセル643aの溝内には、原料ガス流路65が貫通している位置を除いて、概略筒状に形成された金属からなる電極642が挿入されている。これら電極642の上端部は、金属製の蓋部23と接するように設けられ、当該蓋部23を介して接地されている。 As shown in Figures 7A, 7B, and 8, roughly cylindrical metal electrodes 642 are inserted into the grooves of the anode cell 643a, except for the position where the source gas flow path 65 passes through. The upper ends of these electrodes 642 are arranged to contact the metal lid 23 and are grounded via the lid 23.

一方、カソードセル63aの溝内には、筒状に形成された金属からなる電極612bが挿入されている。これら電極612bには、電極端子611を介して高周波電源52が接続されている。また接地された蓋部23と電極612bとが接触しないように、電極612の上面と蓋部23の下面との間には、電極612bの溝の開口に沿って設けられた、円環状の誘電体部材からなる石英キャップ663が設けられている。 Meanwhile, a cylindrical metal electrode 612b is inserted into the groove of the cathode cell 63a. The high-frequency power supply 52 is connected to these electrodes 612b via electrode terminals 611. A quartz cap 663 made of a circular dielectric material is provided between the upper surface of the electrode 612 and the lower surface of the lid 23, along the opening of the groove in the electrode 612b, to prevent contact between the grounded lid 23 and the electrode 612b.

上述の構成により、高周波電源52に接続された電極612a、612bをカソード電極、接地された電極642をアノード電極として対向電極が形成される、そして、高周波電源52より、カソード電極である電極612に高周波電力を供給すると、接地されたアノード電極である電極642との間のプラズマ形成空間7内に容量結合が形成される。 With the above-described configuration, electrodes 612a and 612b connected to the high-frequency power supply 52 serve as cathode electrodes, and the grounded electrode 642 serves as an anode electrode, forming opposing electrodes. When high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 52 to electrode 612, which serves as the cathode electrode, capacitive coupling is formed within the plasma generation space 7 between electrode 612 and the grounded anode electrode 642.

その他、反応ガス流路671、補助ガス流路672を介してプラズマ形成空間7に反応ガス、補助ガスが供給される点、プラズマ形成空間7からプラズマ化した反応ガスが流出する位置に、規制部材である支持部661、661a、リング部材662、662aが設けられ、絞り流路である絞り流路71が形成されている点、支持部661、661a、リング部材662、662aの下面側に、ガス拡散室222a、222b、222cが形成されたシャワーヘッド部22が設けられている点、アノードセル643aを上下に貫通するように原料ガス流路65が形成され、その下端部は、シャワーヘッド部22内に形成されたガス拡散室222bに接続されている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2とほぼ同様である。
但し、中央に配置された支持部661、ガス拡散室222a以外の支持部661a、規制部材662b、ガス拡散室222b、222cの平面形状については、各プラズマ形成空間7の平面形状に対応する円環状となっている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2とは異なる。
Other features of the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment are as follows: a reactive gas and an auxiliary gas are supplied to the plasma generation space 7 via a reactive gas flow path 671 and an auxiliary gas flow path 672; support members 661, 661a and ring members 662, 662a, which serve as regulating members, are provided at a position where the plasmatized reactive gas flows out of the plasma generation space 7, thereby forming a throttle flow path 71; a shower head 22, in which gas diffusion chambers 222a, 222b, and 222c are formed, is provided on the underside of the support members 661, 661a and ring members 662, 662a; and a source gas flow path 65 is formed so as to vertically penetrate the anode cell 643a, and its lower end is connected to the gas diffusion chamber 222b formed in the shower head 22.
However, the planar shapes of the centrally located support portion 661, the support portion 661a other than the gas diffusion chamber 222a, the regulating member 662b, and the gas diffusion chambers 222b and 222c are annular corresponding to the planar shapes of each plasma formation space 7, which is different from the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment.

以上に説明した構成に係るガス供給機構2bについても、プラズマ化した成膜ガス(反応ガス)に含まれる、高エネルギー荷電粒子を規制部材(支持部661、661a、リング部材662、662b)により除去することができる。この結果、低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルの含有濃度が高い反応ガスをウエハWに供給して、ウエハWに対するダメージの少ない成膜処理を行うことができる。 The gas supply mechanism 2b configured as described above can also remove high-energy charged particles contained in the plasma-converted film formation gas (reaction gas) using the regulating members (supports 661, 661a, ring members 662, 662b). As a result, a reaction gas containing a high concentration of low-energy charged particles, neutral particles, or radicals can be supplied to the wafer W, allowing for film formation processing with minimal damage to the wafer W.

<第3実施形態のガス供給機構2c>
次いで、プラズマの形成手法が異なる実施形態について、図9~図11を参照しながら説明する。
なお、以下に説明する第3~第5実施形態については、図6~図8を用いて説明した第2実施形態と同様に、複数のプラズマ形成空間7が多重同心円状に配置されているガス供給機構2c~2eに対して各種の技術的構成を適用した例を示している。
<Gas supply mechanism 2c of third embodiment>
Next, an embodiment using a different plasma formation method will be described with reference to FIGS.
The third to fifth embodiments described below show examples in which various technical configurations are applied to gas supply mechanisms 2c to 2e in which multiple plasma generation spaces 7 are arranged in a multiple concentric pattern, similar to the second embodiment described using Figures 6 to 8.

第3実施形態に係るガス供給機構2cは、マイクロ波を利用して、成膜ガスの表面波プラズマを形成する点が、容量結合プラズマを形成する第1、第2実施形態に係るガス供給機構2、2a、2bと異なっている。
図9は、成膜装置1の処理容器11の上部側部分の一部破断側面図を示している。排気ダクト14上に設けられたガス供給機構2cの上面には、マイクロ波導入部535が設けられ、このマイクロ波導入部535に対し、同軸導波管534、モード変換器533、導波管532を介してマイクロ波発生部531が接続されている。またガス供給機構2cの上面側には、マイクロ波の漏洩を防止するためのカバー18が設けられている。
The gas supply mechanism 2c according to the third embodiment differs from the gas supply mechanisms 2, 2a, and 2b according to the first and second embodiments, which form capacitively coupled plasma, in that it uses microwaves to form surface wave plasma of the film forming gas.
9 shows a partially cutaway side view of the upper portion of the processing vessel 11 of the film forming apparatus 1. A microwave introduction unit 535 is provided on the top surface of the gas supply mechanism 2c provided on the exhaust duct 14, and a microwave generation unit 531 is connected to this microwave introduction unit 535 via a coaxial waveguide 534, a mode converter 533, and a waveguide 532. A cover 18 is provided on the top surface of the gas supply mechanism 2c to prevent microwave leakage.

図10、図11に示すように、ガス供給機構2cは、上段側から順に、誘電体板601、602、及び誘電体部材603、604を積層した構成となっている。図11の拡大縦断面図に示すように、マイクロ波導入部535に供給されたマイクロ波は、最上段及び上から2段目の誘電体板601、602の間に配置されているマイクロ波伝搬板536の下面を伝搬してその下面側の誘電体板602に供給される。
マイクロ波発生部531、導波管532、モード変換器533、同軸導波管534、マイクロ波導入部535及びマイクロ波伝搬板536は、本例のマイクロ波供給機構に相当する。マイクロ波供給機構は、反応ガスの表面波プラズマを形成するためのプラズマ形成機構を構成している。
10 and 11, the gas supply mechanism 2c has a configuration in which, from the top, dielectric plates 601 and 602 and dielectric members 603 and 604 are stacked. As shown in the enlarged vertical cross-sectional view of Fig. 11, microwaves supplied to a microwave introduction part 535 propagate through the lower surface of a microwave propagation plate 536 arranged between the topmost and second-highest dielectric plates 601 and 602, and are supplied to the dielectric plate 602 on the lower surface side thereof.
The microwave generator 531, the waveguide 532, the mode converter 533, the coaxial waveguide 534, the microwave introduction part 535, and the microwave propagation plate 536 correspond to the microwave supply mechanism of this example. The microwave supply mechanism constitutes a plasma generation mechanism for generating surface wave plasma of the reactive gas.

誘電体板602は、石英など、マイクロ波を透過する誘電体部材により構成されている。また、誘電体板602の下面には、多重同心円状に溝部が形成されている。
上から3段目、4段目の誘電体部材603、604は、これらの溝部に連通する位置に、円環状の開口が形成されるように、中央領域の円板状の誘電体部材、及びその外方領域のリング状の複数の誘電体部材を、互いに間隔を開けて多重同心円状に配置した構成となっている。
The dielectric plate 602 is made of a dielectric material that transmits microwaves, such as quartz, and has multiple concentric grooves formed on the bottom surface of the dielectric plate 602.
The third and fourth rows of dielectric members 603 and 604 from the top are configured so that a disk-shaped dielectric member in the central region and multiple ring-shaped dielectric members in the outer region are arranged in multiple concentric circles with spaces between them so that annular openings are formed at positions that communicate with these grooves.

これら誘電体板602の溝部、及び誘電体部材603、604の開口を上下に連通させることにより、図10、図11に示すように、ガス供給機構2cの下面側へ向けて開口する複数のプラズマ形成空間7が形成される。これら複数のプラズマ形成空間7は、図8に示す第2実施形態に係るガス供給機構2bのプラズマ形成空間7と同様に、平面視したとき多重同心円状に配置されている。 By vertically connecting the grooves in the dielectric plate 602 and the openings in the dielectric members 603 and 604, multiple plasma generation spaces 7 are formed that open toward the underside of the gas supply mechanism 2c, as shown in Figures 10 and 11. These multiple plasma generation spaces 7 are arranged in multiple concentric circles when viewed from above, similar to the plasma generation spaces 7 of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment shown in Figure 8.

図10、図11に示すように、3段目の誘電体部材603の内側には、反応ガス流路部材671aが設けられている。各反応ガス流路部材671aは、誘電体部材により構成されている。中央領域の反応ガス流路部材671a内には扁平な円形の流路空間が形成され、外方領域の反応ガス流路部材671a内には円環状の流路空間が形成されている。図11に示すように、反応ガス流路部材671aの上面には、流路空間の縁部に沿って、複数のガス供給孔671bが形成されている。各ガス供給孔671bは、誘電体板602の下面と誘電体部材603の上面との間に形成された隙間からなる導入流路72を介してプラズマ形成空間7に連通している。 As shown in Figures 10 and 11, a reactive gas flow path member 671a is provided inside the third-stage dielectric member 603. Each reactive gas flow path member 671a is made of a dielectric member. A flat, circular flow path space is formed within the central region reactive gas flow path member 671a, while an annular flow path space is formed within the outer region reactive gas flow path member 671a. As shown in Figure 11, a plurality of gas supply holes 671b are formed in the upper surface of the reactive gas flow path member 671a along the edge of the flow path space. Each gas supply hole 671b is connected to the plasma generation space 7 via an introduction flow path 72 consisting of a gap formed between the lower surface of the dielectric plate 602 and the upper surface of the dielectric member 603.

さらに図10に示すように、最外周側の反応ガス流路部材671a内には反応ガス流路671が形成されている。当該反応ガス流路671の上流端部は、図1に示す反応ガス供給ライン422に接続されている(接続部は不図示)。また反応ガス流路671の下流端部は、当該最外周側の反応ガス流路部材671aの流路空間に接続されている。さらに、反応ガス流路671の上流端部には、図1に示す補助ガス供給ライン432が合流し、反応ガスと共に、プラズマ形成用の補助ガスをプレミックスして供給する構成となっている。以下、図10、図11の説明では、プレミックスされた反応ガスと補助ガスとの混合ガスを、単に「反応ガス」と呼ぶ。 Furthermore, as shown in FIG. 10, a reactive gas flow path 671 is formed within the outermost reactive gas flow path member 671a. The upstream end of this reactive gas flow path 671 is connected to the reactive gas supply line 422 shown in FIG. 1 (connection not shown). The downstream end of the reactive gas flow path 671 is connected to the flow path space of the outermost reactive gas flow path member 671a. Furthermore, the auxiliary gas supply line 432 shown in FIG. 1 joins the upstream end of the reactive gas flow path 671, so that an auxiliary gas for plasma formation is premixed and supplied together with the reactive gas. Hereinafter, in the explanations of FIGS. 10 and 11, the premixed mixture of reactive gas and auxiliary gas will be simply referred to as the "reactive gas."

さらに、各反応ガス流路部材671aの流路空間同士は、反応ガス流路部材671a及び誘電体部材603を半径方向に貫通するように設けられた、誘電体部材からなる不図示の接続管路により互いに接続されている。この構成により、反応ガス流路671を介して最外周側の反応ガス流路部材671aの流路空間に供給された反応ガスが、径方向、内側に配置された他の反応ガス流路部材671aの流路空間に流れ込む。そして、各反応ガス流路部材671aの流路空間に供給された反応ガスが、ガス供給孔671b、導入流路72を介して各プラズマ形成空間7に流入する。 Furthermore, the flow path spaces of each reactant gas flow path member 671a are connected to each other by connecting pipes (not shown) made of a dielectric material that are arranged to radially penetrate the reactant gas flow path member 671a and the dielectric member 603. With this configuration, reactant gas supplied to the flow path space of the outermost reactant gas flow path member 671a via the reactant gas flow path 671 flows into the flow path spaces of other reactant gas flow path members 671a arranged radially inward. The reactant gas supplied to the flow path space of each reactant gas flow path member 671a then flows into each plasma generation space 7 via the gas supply holes 671b and the introduction flow paths 72.

また図10、図11に示すように、4段目の誘電体部材604の内側には、原料ガス流路部材65aが設けられている。各原料ガス流路部材65aは、誘電体部材により構成されている。中央領域の原料ガス流路部材65a内には扁平な円形の流路空間が形成され、外方領域の原料ガス流路部材65a内には円環状の流路空間が形成されている。図11に示すように、シャワーヘッド部22内には、反応ガス用のガス拡散室222a、222cと、原料ガス用のガス拡散室222bとが区画形成されている。ここで、原料ガス用のガス拡散室222bの上方に配置された原料ガス流路部材65aの下面には、ガス供給孔65bが形成されている。一方、反応ガス用のガス拡散室222a、222c上方に配置された残りの原料ガス流路部材65aにはガス供給孔65bは形成されていない。 10 and 11, a raw material gas flow path member 65a is provided inside the fourth-stage dielectric member 604. Each raw material gas flow path member 65a is made of a dielectric member. A flat, circular flow path space is formed within the raw material gas flow path member 65a in the central region, and an annular flow path space is formed within the raw material gas flow path member 65a in the outer region. As shown in FIG. 11, the shower head 22 is partitioned into gas diffusion chambers 222a and 222c for reactant gas and a gas diffusion chamber 222b for raw material gas. A gas supply hole 65b is formed in the lower surface of the raw material gas flow path member 65a located above the gas diffusion chamber 222b for raw material gas. On the other hand, no gas supply hole 65b is formed in the remaining raw material gas flow path members 65a located above the gas diffusion chambers 222a and 222c for reactant gas.

さらに図10に示すように、最外周側の原料ガス流路部材65a内には原料ガス流路672cが形成されている。原料ガス流路672cの上流端部は、図1に記載の原料ガス供給ライン412の下流側の端部と接続されている。各原料ガス流路部材65aの流路空間同士は、原料ガス流路部材65a及び誘電体部材604を半径方向に貫通するように設けられた、誘電体部材からなる不図示の接続管路により互いに接続されている。この構成により、原料ガス流路672cを介して供給された原料ガスが、径方向、内側に配置された各原料ガス流路部材65aの流路空間に流れ込む。そして、各原料ガス流路部材65aに供給された原料ガスが、原料ガス供給孔65bを介して原料ガス用のガス拡散室222bに供給される。 10, a raw gas flow channel 672c is formed within the outermost raw gas flow channel member 65a. The upstream end of the raw gas flow channel 672c is connected to the downstream end of the raw gas supply line 412 shown in FIG. 1. The flow channel spaces of each raw gas flow channel member 65a are connected to each other by connecting pipes (not shown) made of a dielectric material that are arranged to radially penetrate the raw gas flow channel member 65a and the dielectric member 604. With this configuration, the raw gas supplied via the raw gas flow channel 672c flows into the flow channel spaces of each raw gas flow channel member 65a arranged radially inward. The raw gas supplied to each raw gas flow channel member 65a is then supplied to the raw gas gas diffusion chamber 222b via the raw gas supply holes 65b.

以上に説明した構成を備える第3実施形態に係るガス供給機構2cにおいても、プラズマ形成空間7の成膜ガス(反応ガス)が流れ出る位置であるプラズマ形成空間7の下端部に規制部材662bが設けられている。図11に示すように、本例の規制部材662bは、誘電体部材により構成され、原料ガス用のガス拡散室222b側から、反応ガス用のガス拡散室222a、222c側へ向けて、誘電体部材604の下端位置から横方向へ突出するように設けられたリング状の部材である。 In the gas supply mechanism 2c according to the third embodiment, which has the configuration described above, a regulating member 662b is also provided at the lower end of the plasma formation space 7, where the film formation gas (reaction gas) flows out of the plasma formation space 7. As shown in FIG. 11 , the regulating member 662b in this example is made of a dielectric member and is a ring-shaped member that protrudes laterally from the lower end of the dielectric member 604, from the gas diffusion chamber 222b for the source gas toward the gas diffusion chambers 222a and 222c for the reaction gas.

規制部材662bの先端部は、反応ガス用のガス拡散室222a、222c上に設けられた誘電体部材604の下方側に配置されている。従って規制部材662bは、載置台31側から見て、当該誘電体部材604の下面の一部を覆うように設けられている。規制部材662bの上面と、誘電体部材604の下面との隙間は、プラズマ形成空間7から反応ガスが流れ出る絞り流路71となっている。 The tip of the regulating member 662b is positioned below the dielectric member 604, which is provided on the gas diffusion chambers 222a and 222c for the reactive gas. Therefore, the regulating member 662b is provided so as to cover part of the lower surface of the dielectric member 604 when viewed from the mounting table 31 side. The gap between the upper surface of the regulating member 662b and the lower surface of the dielectric member 604 forms a throttle flow path 71 through which the reactive gas flows out of the plasma generation space 7.

そして、前記規制部材662bについても(1)プラズマ形成空間7から反応ガスが流出する位置に設けられ、プラズマ形成空間7の軸方向に沿った反応ガスの流れの方向を、筒状のプラズマ形成空間7の径方向に向かうように規制し、(2)絞り流路71は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さくなっている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2と同様である。 The regulating member 662b is also similar to the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment in that (1) it is positioned at a position where the reactive gas flows out of the plasma generation space 7 and regulates the flow direction of the reactive gas along the axial direction of the plasma generation space 7 so that it flows in the radial direction of the cylindrical plasma generation space 7, and (2) the throttle flow path 71 has a flow path area smaller than that of the plasma generation space 7.

以上に説明した構成を備える第3実施形態に係るガス供給機構2cの作用について説明する。反応ガス流路部材671aから導入流路72を介し、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガスの供給を行うと共に、マイクロ波発生部531から最上段の誘電体板601へとマイクロ波を供給する。この結果、プラズマ形成空間7内でマイクロ波が伝播する管状壁面であるプラズマ形成空間7の壁面に沿って、反応ガスの表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)が形成される。 The operation of the gas supply mechanism 2c according to the third embodiment, which has the configuration described above, will now be described. Reactive gas is supplied from the reactive gas flow path member 671a to each plasma formation space 7 via the inlet flow path 72, and microwaves are supplied from the microwave generator 531 to the uppermost dielectric plate 601. As a result, surface wave plasma (SWP) of the reactive gas is formed along the wall surface of the plasma formation space 7, which is the tubular wall surface through which microwaves propagate within the plasma formation space 7.

プラズマ化した反応ガスは、プラズマ形成空間7から流れ出る際に規制部材662bによって流れ方向を規制される。このとき、規制部材662bが誘電体部材によって構成されていることにより、ラジカル、中性粒子の失活が抑えられる。一方、プラズマ形成空間7にて生成した活性種に含まれる高エネルギー荷電粒子は、誘電体部材との接触により失活し、また失活せずに残っている荷電粒子についても、ウエハWに向かう速度成分が小さくなる。この結果、高エネルギー荷電粒子が選択的に除去された活性種を含む反応ガスを得ることができる作用については、既述の第1実施形態と同様である。 When the plasma-converted reactive gas flows out of the plasma generation space 7, its flow direction is restricted by the restricting member 662b. Because the restricting member 662b is made of a dielectric material, deactivation of radicals and neutral particles is suppressed. Meanwhile, high-energy charged particles contained in the activated species generated in the plasma generation space 7 are deactivated upon contact with the dielectric material, and the velocity component of the remaining charged particles moving toward the wafer W is reduced. As a result, the function of obtaining a reactive gas containing activated species from which high-energy charged particles have been selectively removed is the same as in the first embodiment described above.

絞り流路71を通過した反応ガスは、開口部73を介してガス拡散室222a、222cに流れ込み、ガス分散板221に多数形成されているガス供給孔223を介して処理容器11内に供給される。また、原料ガス流路部材65aを介してガス拡散室222bに流れ込んだ原料ガスについても処理容器11内に供給される。そして、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高い反応ガスにより、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。 The reaction gas that passes through the throttle flow path 71 flows into the gas diffusion chambers 222a and 222c through the openings 73 and is supplied into the processing vessel 11 through the numerous gas supply holes 223 formed in the gas dispersion plate 221. The source gas that flows into the gas diffusion chamber 222b through the source gas flow path member 65a is also supplied into the processing vessel 11. The concentration of high-energy charged particles is reduced, and the reaction gas contains a high concentration of low-energy charged particles, neutral particles, and radicals, allowing the film formation process to proceed while minimizing damage to the wafer W.

<第4実施形態のガス供給機構2d>
図12~図13Bに示す第4実施形態に係るガス供給機構2dは、コイル54を用い、反応ガスの誘導結合プラズマを形成する点が、容量結合プラズマを形成する第1、第2実施形態に係るガス供給機構2、2a、2bと異なっている。
図12はガス供給機構2d全体の縦断側面図であり、図13A、図13Bは、互いに直交する2方向から見た、ガス供給機構2dの中央領域の拡大縦断面図である。
<Gas supply mechanism 2d of fourth embodiment>
A gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment shown in FIGS. 12 to 13B differs from the gas supply mechanisms 2, 2a, and 2b according to the first and second embodiments in that it uses a coil 54 to form inductively coupled plasma of the reactive gas, which forms capacitively coupled plasma.
FIG. 12 is a vertical cross-sectional side view of the entire gas supply mechanism 2d, and FIGS. 13A and 13B are enlarged vertical cross-sectional views of the central region of the gas supply mechanism 2d as viewed from two directions perpendicular to each other.

これらの縦断側面図に示すように、第4実施形態に係るガス供給機構2dの中央部には、誘電体部材からなる円筒状の内側セル63が設けられている。この内側セル63の外方側には、互いに間隔を開けて、扁平な円環状の誘電体部材からなる接地電極セル643b、コイルセル63bが交互に設けられている。これら内側セル63、接地電極セル643b、コイルセル63bの構成については、図6、図7A、図7Bを用いて説明した、第2実施形態に係るガス供給機構2bの内側セル63、アノードセル643a、カソードセル63aの構成とほぼ同様である。 As shown in these longitudinal side views, a cylindrical inner cell 63 made of a dielectric material is provided in the center of the gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment. Ground electrode cells 643b and coil cells 63b made of flat, annular dielectric material are alternately provided at intervals on the outer side of this inner cell 63. The configurations of these inner cells 63, ground electrode cells 643b, and coil cells 63b are substantially similar to the configurations of the inner cells 63, anode cells 643a, and cathode cells 63a of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment, as described using Figures 6, 7A, and 7B.

中央部の内側セル63内には、円筒状に巻かれたコイル54が設けられている。また、円環状に形成されたコイルセル63bの溝内には、当該円環に沿って巻かれたコイル54が設けられている。各コイル54の一端は、整合器51を介して高周波電源52に接続され、他端は接地されている。また、接地電極セル643b内に設けられた電極642は、蓋部23を介して接地されている。高周波電源52に接続されたコイル54や接地された電極642は、本例のプラズマ形成機構を構成している。 A cylindrically wound coil 54 is provided within the central inner cell 63. Furthermore, a coil 54 wound along the annular groove of the coil cell 63b is provided within the groove of the annular coil cell 63b. One end of each coil 54 is connected to the high-frequency power supply 52 via a matching unit 51, and the other end is grounded. Furthermore, the electrode 642 provided within the ground electrode cell 643b is grounded via the lid 23. The coil 54 connected to the high-frequency power supply 52 and the grounded electrode 642 constitute the plasma generation mechanism of this example.

その他、規制部材である支持部661、リング部材662の構成や、プラズマ形成空間7に反応ガスや補助ガスを供給する反応ガス流路671、補助ガス流路672の構成、シャワーヘッド部22の構成、原料ガスを供給する原料ガス流路65の構成については、第2実施形態に係るガス供給機構2bとほぼ同様であるので再度の説明を省略する。 Other than that, the configurations of the support member 661 and ring member 662, which are restricting members, the configurations of the reactive gas flow path 671 and auxiliary gas flow path 672 that supply reactive gas and auxiliary gas to the plasma formation space 7, the configuration of the shower head unit 22, and the configuration of the raw material gas flow path 65 that supplies raw material gas are substantially the same as those of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment, and therefore will not be described again.

以上に説明した構成を有する第4実施形態に係るガス供給機構2dにおいては、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガス、補助ガスの供給を行う。そして、高周波電源52からコイル54へ高周波電力を印加し、誘導結合により、プラズマ形成空間7に供給された反応ガスをプラズマ化する。 The gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment, which has the configuration described above, supplies reactive gas and auxiliary gas to each plasma formation space 7. High-frequency power is then applied from the high-frequency power supply 52 to the coil 54, and the reactive gas supplied to the plasma formation space 7 is converted into plasma by inductive coupling.

プラズマ化した反応ガスの流れや、規制部材である支持部661、リング部材662の作用については、第2実施形態に係るガス供給機構2bと同様である。即ち、反応ガスが絞り流路71を通過することにより、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高くなる。この結果、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。 The flow of the plasma-converted reactive gas and the functions of the support member 661 and ring member 662, which serve as restricting members, are the same as those of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment. That is, as the reactive gas passes through the throttle flow path 71, the concentration of high-energy charged particles is reduced and the concentration of low-energy charged particles, neutral particles, and radicals is increased. As a result, the film formation process can proceed while minimizing damage to the wafer W.

<第5実施形態のガス供給機構2e>
次いで、図14~図16には、荷電粒子がウエハWの板面に向かう運動エネルギーを低減して低エネルギーの荷電粒子とするための磁石644を設けたガス供給機構2eの例を示している。第5実施形態に係るガス供給機構2eは、第4実施形態に係るガス供給機構2dと同様に、多重同心円状のプラズマ形成空間7を構成する内側セル63、コイルセル63b、接地電極セル643bにおいて、内側セル63、コイルセル63b内にコイル54を配置した構成例となっている。
<Gas supply mechanism 2e of fifth embodiment>
14 to 16 show an example of a gas supply mechanism 2e provided with a magnet 644 for reducing the kinetic energy of the charged particles toward the surface of the wafer W to generate low-energy charged particles. Similar to the gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment, the gas supply mechanism 2e according to the fifth embodiment is an example of a configuration in which, among the inner cell 63, coil cell 63b, and ground electrode cell 643b that constitute the multiple concentric plasma generation space 7, the coil 54 is disposed in the inner cell 63 and the coil cell 63b.

一方、載置台31側から見たとき、接地電極セル643b側から突出するように設けられた規制部材662bの端部は、内側セル63、コイルセル63bの下面を覆う状態とはなっていない点は、第4実施形態に係るガス供給機構2dとは異なる。また、本例のガス供給機構2eにはシャワーヘッド部22が設けられていない。 However, when viewed from the mounting table 31 side, the end of the restricting member 662b, which is provided so as to protrude from the ground electrode cell 643b side, does not cover the lower surfaces of the inner cell 63 and the coil cell 63b, which is different from the gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment. Furthermore, the gas supply mechanism 2e of this example does not have a shower head unit 22.

図14の拡大縦断面図に示すように、電極642が設けられた接地電極セル643bの溝内の下端部には磁石644が設けられている。図15の横断平面図中に模式的に示すように、電極642が設けられた接地電極セル643bの溝内には、複数の磁石644が、周方向に向けて互いに間隔を開けて配置されている。なお、図15中、グレーで塗り潰した領域は、内側セル63、コイルセル63bの溝内の空間を示し、この空間内にコイル54が配置される。同図中の一点鎖線は、プラズマ形成空間7を構成する内側セル63、コイルセル63b、接地電極セル643bの壁面(管状壁面)の位置を示している。 As shown in the enlarged longitudinal cross-sectional view of Figure 14, a magnet 644 is provided at the lower end of the groove of the ground electrode cell 643b in which the electrode 642 is provided. As shown schematically in the transverse plan view of Figure 15, multiple magnets 644 are arranged circumferentially at intervals within the groove of the ground electrode cell 643b in which the electrode 642 is provided. Note that the gray areas in Figure 15 indicate the space within the grooves of the inner cell 63 and coil cell 63b, within which the coil 54 is disposed. The dashed-dotted lines in the figure indicate the positions of the wall surfaces (tubular wall surfaces) of the inner cell 63, coil cell 63b, and ground electrode cell 643b that constitute the plasma generation space 7.

図16に模式的に拡大図示するように、複数の磁石644は、電極642の溝内において、N極-S極を結ぶ直線が、プラズマ形成空間7の周方向と交差する方向を向くように配置される。また、これらの磁石644は、隣り合う磁石644間で、N極-S極の向きが反転した状態となるように配置される。 As shown in the enlarged schematic view of Figure 16, multiple magnets 644 are arranged in the groove of the electrode 642 so that the line connecting the north and south poles faces in a direction that intersects with the circumferential direction of the plasma generation space 7. Furthermore, these magnets 644 are arranged so that the north and south poles of adjacent magnets 644 face in opposite directions.

これらの配置により、磁石644は、各プラズマ形成空間7内において、活性種を含む反応ガスの流れ方向と交差する方向に向けて磁力が働く磁力線を形成することができる。この磁力線の作用により、活性種中に含まれる高エネルギーの荷電粒子には、磁力線に沿って移動する力が働く。この結果、高エネルギーの荷電粒子がウエハWの板面に向かう運動エネルギーを低減し、規制部材662bの作用と相まって、荷電粒子を低エネルギーの状態でウエハWに供給することが可能となる。 With this arrangement, the magnets 644 can form magnetic field lines in each plasma generation space 7 that act in a direction that intersects with the flow direction of the reactive gas containing active species. The action of these magnetic field lines causes the high-energy charged particles contained in the active species to move along the magnetic field lines. As a result, the kinetic energy of the high-energy charged particles toward the surface of the wafer W is reduced, and combined with the action of the regulating member 662b, it becomes possible to supply the charged particles to the wafer W in a low-energy state.

なお、図14に示すガス供給機構2eにおいては、荷電粒子の運動エネルギーを低減する磁石644を設けていることから、例えば図3、図7A、図11などに示す他の実施形態に係るガス供給機構2、2b、2cと比較して、絞り流路71の流路面積が大きくなっている(但し、「絞り流路71はプラズマ形成空間7よりも流路面積が小さい」との要件に変更はない)。このように、絞り流路71の流路面積を広げることにより、規制部材662bを設けることに伴う圧力損失の増大を抑えることができる。 In addition, the gas supply mechanism 2e shown in FIG. 14 is provided with a magnet 644 that reduces the kinetic energy of charged particles, and therefore the flow path area of the throttle flow path 71 is larger than that of the gas supply mechanisms 2, 2b, and 2c according to other embodiments shown in, for example, FIGS. 3, 7A, and 11 (however, the requirement that "the flow path area of the throttle flow path 71 is smaller than that of the plasma generation space 7" remains unchanged). In this way, by widening the flow path area of the throttle flow path 71, it is possible to suppress the increase in pressure loss that would otherwise occur if a regulating member 662b were provided.

また既述のように、本例のガス供給機構2eにはシャワーヘッド部22が設けられていない。シャワーヘッド部22は、絞り流路71から流出した反応ガスをガス拡散室222a、222c内で拡散させてからウエハWに向けて供給することにより、荷電粒子が高速でウエハWに衝突することを抑制する機能も有している。この点についても、荷電粒子の運動エネルギーを低減する作用を奏する磁石644を設けていることにより、シャワーヘッド部22の設置を省略し、規制部材662bを設けることに伴う圧力損失の増大を抑えると共に装置構成を簡素化している。 As mentioned above, the gas supply mechanism 2e of this example does not include a shower head 22. The shower head 22 diffuses the reaction gas flowing out from the throttle flow path 71 within the gas diffusion chambers 222a, 222c before supplying it toward the wafer W, thereby preventing charged particles from colliding with the wafer W at high speeds. In this regard, the provision of a magnet 644, which acts to reduce the kinetic energy of the charged particles, eliminates the need for a shower head 22, suppresses the increase in pressure loss that would otherwise occur if a regulating member 662b were provided, and simplifies the device configuration.

<その他のバリエーション>
以上、第1~第5の実施形態に係るガス供給機構2、2a~2eにて説明した各構成については、他の実施形態に記載の構成と適宜、組み合わせることが可能である。
例えば、第2~第4実施形態に係る各プラズマ形成機構は、第1実施形態に例示した、複数のプラズマ形成空間7が互いに横方向に隣り合うように配置されているガス供給機構2、2aに対して適用してもよい。規制部材の配置や構成についても、図5を用いて説明した第1実施形態の変形例に係る規制部材(支持部661a、リング部材662a)の配置構成を、第2~第5実施形態のガス供給機構2b~2eに適用してもよい。また第3実施形態や第5実施形態に係る、開口部73の開口径を調節するためのリング部材662を備えていない規制部材662bを第1、第2、第4実施形態に係るガス供給機構2、2a、2b、2dに適用してもよい。これとは反対に、第3実施形態や第5実施形態に係るガス供給機構2c、2eに対し、支持部661とリング部材662とからなる規制部材を設けてもよい。また、第1~第4実施形態に係るガス供給機構2、2a~2dにおいて、シャワーヘッド部22の設置を省略してもよい。
<Other variations>
Each of the configurations described above in the gas supply mechanisms 2, 2a to 2e according to the first to fifth embodiments can be appropriately combined with the configurations described in other embodiments.
For example, the plasma generation mechanisms according to the second to fourth embodiments may be applied to the gas supply mechanisms 2 and 2a illustrated in the first embodiment, in which multiple plasma generation spaces 7 are arranged side by side. Regarding the arrangement and configuration of the regulating member, the arrangement and configuration of the regulating member (support member 661a, ring member 662a) according to the modified example of the first embodiment described with reference to FIG. 5 may be applied to the gas supply mechanisms 2b to 2e according to the second to fifth embodiments. Furthermore, the regulating member 662b according to the third and fifth embodiments, which does not include the ring member 662 for adjusting the diameter of the opening 73, may be applied to the gas supply mechanisms 2, 2a, 2b, and 2d according to the first, second, and fourth embodiments. Conversely, the gas supply mechanisms 2c and 2e according to the third and fifth embodiments may be provided with a regulating member consisting of the support member 661 and the ring member 662. Furthermore, the shower head 22 may be omitted from the gas supply mechanisms 2, 2a to 2d according to the first to fourth embodiments.

各実施形態において、規制部材(支持部661、661a、リング部材662、662a、規制部材662b)の突出方向は、水平方向に限定されるものではなく、斜め下方や斜め上方に向けて突出する構成としてもよい。この他、載置台31側から見たとき、これらの規制部材がプラズマ形成空間7からの処理ガスの出口全体を覆った状態となっていることは必須の要件ではない。載置台31側から見て、プラズマ形成空間7内に形成されるプラズマが規制部材によって隠された状態となるならば、前記出口の一部が見えていてもよい。 In each embodiment, the protruding direction of the regulating members (supporting portions 661, 661a, ring members 662, 662a, regulating members 662b) is not limited to the horizontal direction, and they may be configured to protrude diagonally downward or diagonally upward. Furthermore, it is not an essential requirement that these regulating members cover the entire outlet for the processing gas from the plasma generation space 7 when viewed from the mounting table 31 side. As long as the plasma formed in the plasma generation space 7 is hidden by the regulating members when viewed from the mounting table 31 side, part of the outlet may be visible.

また、各ガス供給機構2、2a~2eにおいて、各プラズマ形成空間7は、一体の空間として構成されていなくてもよい。例えば筒状の空間の周方向に沿って間隔を開けて誘電体部材からなる仕切り壁を設け、互いに区画された複数の部分空間により、全体として筒状のプラズマ形成空間7を構成してもよい。
また、載置台31側から見た各プラズマ形成空間7の平面形状は、円環状である場合に限定されない。例えば、多角環状や、楕円環状に構成されていてもよい。
Furthermore, in each of the gas supply mechanisms 2, 2a to 2e, the plasma generation space 7 does not have to be configured as an integrated space. For example, partition walls made of a dielectric material may be provided at intervals along the circumferential direction of the cylindrical space, and the cylindrical plasma generation space 7 may be configured as a whole by a plurality of mutually partitioned partial spaces.
Furthermore, the planar shape of each plasma generating space 7 as viewed from the mounting table 31 side is not limited to a circular ring shape, but may be, for example, a polygonal ring shape or an elliptical ring shape.

そして上述の各ガス供給機構2、2a~2eは、ウエハWへの成膜を行う成膜装置1に適用する場合に限定されない。ウエハWに対してプラズマ化されたエッチングガスを供給して、当該ウエハWに形成された膜のエッチングを行うエッチング処理装置や、プラズマ化された改質ガスにより、ウエハW上の物質の改質を行う改質処理を行う改質装置の処理容器11内に各種ガスを供給するにあたり、既述の構成のプラズマ形成空間7と規制部材とを備えたガス供給機構を設けてもよい。これらの場合、エッチングガスや改質ガスは、各々、本開示の処理ガスに相当する。 The above-described gas supply mechanisms 2, 2a-2e are not limited to application to the film formation apparatus 1 that forms films on wafers W. A gas supply mechanism equipped with the plasma formation space 7 and regulating member configured as described above may be provided to supply various gases into the processing chamber 11 of an etching processing apparatus that supplies plasma-converted etching gas to wafers W to etch a film formed on the wafers W, or a modifying apparatus that performs a modification process that modifies a substance on the wafers W using plasma-converted modifying gas. In these cases, the etching gas and modifying gas each correspond to the processing gas disclosed herein.

今回開示された実施形態は全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 to be 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.

W ウエハ
1 成膜装置
11 処理容器
2、2a~2e
ガス供給機構
52 高周波電源
531 マイクロ波発生部
661、661a
支持部
662、662a
リング部材
671 反応ガス流路
672 補助ガス流路
71、71a
絞り流路
W wafer 1 film forming device 11 processing vessel 2, 2a to 2e
Gas supply mechanism 52 High frequency power supply 531 Microwave generating units 661, 661a
Support parts 662, 662a
Ring member 671 Reaction gas flow path 672 Auxiliary gas flow paths 71, 71a
Restricted flow channel

Claims (13)

処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、
筒状である前記プラズマ形成空間内の軸方向に沿って前記処理ガスが流れるように、当該処理ガスの流れの上流側の位置に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れの方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように前記流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を備えた、装置。
An apparatus for performing plasma processing by supplying a processing gas that has been converted into plasma to a substrate in a processing container,
a mounting table provided in the processing chamber for mounting the substrate thereon;
a plurality of plasma generation spaces, each of which is provided above the mounting table and is a cylindrical space formed between tubular wall surfaces arranged opposite to each other in a double-tubular configuration, and each of which is provided with a plasma generation mechanism for generating plasma from the processing gas;
a processing gas supply unit for supplying the processing gas to a position upstream of a flow of the processing gas so that the processing gas flows along an axial direction of the cylindrical plasma generation space;
a ring-shaped regulating member that is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma formation spaces, and that regulates the flow of the processing gas so that the flow direction is toward the radial direction of the cylindrical plasma formation space, and that forms a throttle flow path with a flow path area smaller than that of the plasma formation space between itself and a member that constitutes one side of the tubular wall surface.
前記管状壁面は、誘電体により構成されている、請求項1に記載の装置。 The device described in claim 1, wherein the tubular wall surface is made of a dielectric material. 前記管状壁面の一方側を構成する部材を第1部材、前記管状壁面の他方側を構成する部材を第2部材と呼ぶとき、
前記規制部材は、前記第2部材を起点として、前記第1部材の下方側へ向けて突出して設けられている、請求項1または2に記載の装置。
When a member constituting one side of the tubular wall surface is referred to as a first member and a member constituting the other side of the tubular wall surface is referred to as a second member,
The device according to claim 1 or 2, wherein the restricting member is provided so as to protrude downward from the second member as a starting point thereof toward a lower side of the first member.
前記規制部材は、載置台側から見て、前記第1部材の下面の一部を覆うように設けられ、前記絞り流路は、前記第1部材と前記規制部材との間に形成されている、請求項3に記載の装置。 The device described in claim 3, wherein the regulating member is arranged to cover a portion of the underside of the first member when viewed from the mounting table side, and the throttle flow path is formed between the first member and the regulating member. 前記複数のプラズマ形成空間は、互いに横方向に隣り合うように配置されている、請求項1ないし4のいずれか一つに記載の装置。 An apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the multiple plasma formation spaces are arranged adjacent to each other in the lateral direction. 前記複数のプラズマ形成空間は、多重同心状に配置されている、請求項1ないし4のいずれか一つに記載の装置。 The apparatus described in any one of claims 1 to 4, wherein the multiple plasma formation spaces are arranged in a multi-concentric pattern. 前記規制部材の下方側に、多数のガス供給孔が形成された板状のガス分散板を配置し、前記規制部材と前記ガス分散板との間に、前記絞り流路を通過した処理ガスを拡散させるためのガス拡散室を形成したガスシャワーヘッド部を備える、請求項1ないし6のいずれか一つに記載の装置。 The apparatus described in any one of claims 1 to 6, further comprising: a gas shower head unit in which a plate-shaped gas dispersion plate having a large number of gas supply holes is disposed below the regulating member; and a gas diffusion chamber is formed between the regulating member and the gas dispersion plate for diffusing the processing gas that has passed through the throttle flow path. 前記ガス拡散室は複数の空間に区画され、これら複数の空間の一部には、前記プラズマ形成空間以外の流路を介して、プラズマ化していない他の処理ガスが供給される、請求項7に記載の装置。 The apparatus described in claim 7, wherein the gas diffusion chamber is partitioned into multiple spaces, and other processing gases that have not been converted into plasma are supplied to some of these spaces via flow paths other than the plasma formation space. 前記プラズマ形成機構は、前記管状壁面の一方側から高周波電力を供給して、接地された他方側の管状壁面との間に容量結合プラズマを形成するための高周波電源を備える、請求項1ないし8のいずれか一つに記載の装置。 The apparatus described in any one of claims 1 to 8, wherein the plasma generation mechanism includes a high-frequency power source for supplying high-frequency power from one side of the tubular wall surface to form a capacitively coupled plasma between the other side and the grounded tubular wall surface. 前記プラズマ形成機構は、前記管状壁面に沿ってプラズマを形成するためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給機構を備える、請求項1ないし8のいずれか一つに記載の装置。 The apparatus described in any one of claims 1 to 8, wherein the plasma formation mechanism includes a microwave supply mechanism that supplies microwaves to form plasma along the tubular wall surface. 前記プラズマ形成機構は、前記プラズマ形成空間内に誘導結合プラズマを形成するための、高周波電源に接続されたコイルを備える、請求項1ないし8のいずれか一つに記載の装置。 The apparatus described in any one of claims 1 to 8, wherein the plasma formation mechanism includes a coil connected to a high-frequency power source for forming an inductively coupled plasma within the plasma formation space. 前記プラズマ形成空間を流れる処理ガスの流れ方向と交差する方向に磁力が働く磁力線を形成するための磁石を備える、請求項1ないし11のいずれか一つに記載の装置。 The apparatus described in any one of claims 1 to 11, further comprising a magnet for forming magnetic field lines that exert a magnetic force in a direction intersecting the flow direction of the processing gas flowing through the plasma generation space. 処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う方法であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れ方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を用い、
複数の前記プラズマ形成空間に前記処理ガスを供給して、筒状であるこれらプラズマ形成空間の軸方向に沿って処理ガスを流す工程と、
前記プラズマ形成機構により、各々の前記プラズマ形成空間内を流れる前記処理ガスをプラズマ化する工程と、
前記規制部材により、各々の前記プラズマ形成空間から流出する前記処理ガスの流れが前記径方向に向かうように規制し、前記絞り流路を通過させた後、前記載置台上の基板に前記処理ガスを供給する工程と、を含む方法。
A method for performing plasma processing by supplying a processing gas converted into plasma to a substrate in a processing container, comprising:
a plurality of plasma generation spaces, each of which is provided with a plasma generation mechanism for generating plasma from the processing gas; and a ring-shaped regulating member, which is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma generation spaces, for regulating the flow direction of the processing gas so that the flow direction is in the radial direction of the cylindrical plasma generation space, and which forms a throttle flow path having a flow path area smaller than that of the plasma generation space between a member constituting one side of the tubular wall and the ring-shaped regulating member.
supplying the processing gas to the plurality of plasma generation spaces and causing the processing gas to flow along the axial direction of the cylindrical plasma generation spaces;
generating plasma from the processing gas flowing in each of the plasma generation spaces by the plasma generation mechanism;
and a step of using the regulating member to regulate the flow of the processing gas flowing out of each of the plasma generation spaces so that it is directed in the radial direction, and after passing through the throttle flow path, supplying the processing gas to the substrate on the mounting table.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001152347A (en) 1999-11-24 2001-06-05 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Plasma CVD apparatus and method for manufacturing silicon-based thin film photoelectric conversion apparatus
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2625072B2 (en) * 1992-09-08 1997-06-25 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド Plasma reactor using electromagnetic RF coupling and method thereof
JPH09270299A (en) * 1996-03-31 1997-10-14 Furontetsuku:Kk Plasma treating device
JP2001093843A (en) * 1999-09-27 2001-04-06 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Plasma CVD apparatus and method for manufacturing silicon-based thin film photoelectric conversion apparatus
JP4633425B2 (en) * 2004-09-17 2011-02-16 東京エレクトロン株式会社 Plasma processing apparatus and plasma processing method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001152347A (en) 1999-11-24 2001-06-05 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Plasma CVD apparatus and method for manufacturing silicon-based thin film photoelectric conversion apparatus
JP2015134943A (en) 2014-01-16 2015-07-27 東京エレクトロン株式会社 Substrate processing equipment

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