JP2001230208A - Surface-treating apparatus - Google Patents

Surface-treating apparatus

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JP2001230208A
JP2001230208A JP2000037482A JP2000037482A JP2001230208A JP 2001230208 A JP2001230208 A JP 2001230208A JP 2000037482 A JP2000037482 A JP 2000037482A JP 2000037482 A JP2000037482 A JP 2000037482A JP 2001230208 A JP2001230208 A JP 2001230208A
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JP
Japan
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plasma
surface treatment
treatment apparatus
outlet
substrate
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Application number
JP2000037482A
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Japanese (ja)
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Masayuki Koushiri
雅之 高尻
Koichi Ishida
晃一 石田
Hiroyuki Mizukami
裕之 水上
Toshihiro Tabuchi
俊宏 田渕
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Priority to FR0015934A priority patent/FR2801813A1/en
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Priority to US10/264,504 priority patent/US20030106643A1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-treating apparatus which can quickly treat a surface in a highly quality even when the surface has a large area. SOLUTION: The casing (2) of this surface-treating apparatus (1) is divided into two chambers of a plasma generating chamber (3) provided with plasma generating electrodes (5) and (6) and a substrate treating chamber (4) provided with a substrate supporting table (9). The anode electrode (6) constituting the partition wall between the chambers (3) and (4) has a plasma blowing-out port (7). The upper surface of the port (7) has substantially continuous long slits which are formed in, for example, a spiral, etc., that can be drawn with a single stroke of a brush.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は基板への各種表面処
理、特に基板への成膜処理に適した表面処理装置に関
し、更に詳しくは、結晶質薄膜を高品質で且つ高速に成
膜することが可能な表面処理装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus suitable for various surface treatments on a substrate, and more particularly, to a surface treatment apparatus suitable for film formation on a substrate. The present invention relates to a surface treatment apparatus capable of performing the following.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の平行平板型プラズマCVD (Chem
ical Vapor Deposition)装置は、図9に示す表面処理装
置21のように、ケーシング22内に一対の平板状のプ
ラズマ発生電極23,24が平行に対向して設けられて
いる。前記プラズマ発生電極23,24のうち上方の電
極23は中空体から構成し、その中空体内部に原料ガス
導入管25から原料ガスを導入する。更に上方の電極2
3の下壁部には多数の原料ガス供給孔23aを形成し、
原料ガスを基板の処理領域へとシャワー状に供給可能に
している。下方の電極24は、その上面が基板Sの載置
面となっており、更に下方電極24の下部には、更に、
基板Sの温度を気相成長に適した温度に調整するために
ヒータ26が設けられている。前記下方電極24に基板
Sを載置した状態で、両プラズマ発生電極23,24間
に高周波数の電源P(13. 56MHzの電源)による
電力が印加されると、これら電極23,24間でプラズ
マが発生し、原料ガス、例えばモノシランガスが活性化
され、前記基板Sの表面にシリコン膜が形成される。
2. Description of the Related Art Conventional parallel plate plasma CVD (Chem)
As in the surface treatment apparatus 21 shown in FIG. 9, a pair of plate-like plasma generating electrodes 23 and 24 are provided in a casing 22 so as to face each other in parallel. The upper electrode 23 of the plasma generating electrodes 23 and 24 is formed of a hollow body, and a raw material gas is introduced into the hollow body from a raw gas introduction pipe 25. Upper electrode 2
3, a number of source gas supply holes 23a are formed in the lower wall portion,
The source gas can be supplied to the processing region of the substrate in a shower shape. The lower electrode 24 has an upper surface serving as a mounting surface of the substrate S, and further below the lower electrode 24,
A heater 26 is provided to adjust the temperature of the substrate S to a temperature suitable for vapor phase growth. When power is applied between the plasma generating electrodes 23 and 24 by a high-frequency power supply P (13.56 MHz power supply) while the substrate S is mounted on the lower electrode 24, a voltage is applied between these electrodes 23 and 24. Plasma is generated and a source gas, for example, a monosilane gas is activated, and a silicon film is formed on the surface of the substrate S.

【0003】かかる従来の平行平板型のプラズマCVD
装置にあっては、基板を載置する平板状の前記プラズマ
発生電極24の面積を大きくすることで、大面積の基板
を一度の成膜処理で成膜することができるといった利点
を有している。しかしながら、従来の平行平板型のプラ
ズマCVD装置にあっては、両プラズマ発生電極23,
24によりプラズマ化された原料ガスは成膜ガス処理室
内に均一に拡散され、その一部が前記電極上に載置され
た基板の成膜に寄与するだけである。このため原料ガス
の利用効率が低く、例えばアモルファスシリコン薄膜や
徴結晶シリコン薄膜を基板上に成膜しようとする場合、
成膜速度が1〜2Å/sec.程度と、投入電力が大きいに
もかかわらず、成膜速度は遅い。そのため太陽電池など
の比較的膜厚の厚い半導体デバイスを製作するには、更
に長時問を要し、低スループット、高コストの主要因と
なっていた。
[0003] Such a conventional parallel plate type plasma CVD.
The apparatus has an advantage that a large-area substrate can be formed by a single film-forming process by increasing the area of the plate-shaped plasma generating electrode 24 on which the substrate is placed. I have. However, in the conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, both plasma generating electrodes 23,
The source gas converted into plasma by 24 is uniformly diffused into the film forming gas processing chamber, and only a part thereof contributes to the film formation of the substrate mounted on the electrode. For this reason, the utilization efficiency of the source gas is low. For example, when an amorphous silicon thin film or a crystalline silicon thin film is to be formed on a substrate,
The film formation rate is low, about 1-2 ° / sec., Despite the large input power. Therefore, it takes a longer time to manufacture a semiconductor device having a relatively large thickness such as a solar cell, which has been a main factor of low throughput and high cost.

【0004】そこで、成膜速度を上げるために、高周波
電源Pによる投入電力を増大させることも考えられる。
しかしながら、投入電力を増大させることにより、プラ
ズマ中の荷電粒子の持つエネルギーは大きくなる。この
高エネルギーを持った荷電粒子の基板への衝突によるダ
メージで、同基板Sの表面に形成されている膜の品質に
劣化を来す。更には高周波電源Pによる高周波電力の増
大に伴い、気相中で微粉末が多量に発生することにな
り、微粉末による膜質の劣化も飛躍的に増大することと
なる。
In order to increase the film forming speed, it is conceivable to increase the power supplied by the high frequency power supply P.
However, by increasing the input power, the energy of the charged particles in the plasma increases. The damage caused by the collision of the charged particles having high energy with the substrate deteriorates the quality of the film formed on the surface of the substrate S. Further, with the increase of the high-frequency power by the high-frequency power source P, a large amount of fine powder is generated in the gas phase, and the deterioration of the film quality due to the fine powder also increases dramatically.

【0005】従って、従来の平行平板型のプラズマCV
D装置にあっては、こうした高エネルギー荷電粒子の衝
突によるダメージや微粉末による膜質の劣化を避けるた
めに、投入電力を抑えざるを得ない。即ち、実質的には
投入電力上限値が存在し、成膜速度を一定レベル以上に
高めることができなかった。
Therefore, a conventional parallel plate type plasma CV
In the case of the D apparatus, the input power must be suppressed in order to avoid damage due to collision of such high energy charged particles and deterioration of film quality due to fine powder. That is, the upper limit of the input power substantially exists, and the film forming rate cannot be increased to a certain level or more.

【0006】そこで、例えば特開昭61−32417号
公報に開示されている薄膜形成装置は、基板に薄膜形成
を行うための真空室内に、対向する一対のプラズマ発生
電極を有する画成室からなる活性化気体発生装置が配さ
れている。前記活性化気体発生装置の一壁部には活性化
気体を真空室内へと噴出するための単一の細孔が形成さ
れている。また、前記真空室内には前記細孔に対向する
位置に基板が支持されている。
Therefore, a thin film forming apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-32417, for example, comprises a definition chamber having a pair of opposed plasma generating electrodes in a vacuum chamber for forming a thin film on a substrate. An activation gas generator is provided. A single pore is formed in one wall of the activation gas generator for ejecting the activation gas into the vacuum chamber. A substrate is supported in the vacuum chamber at a position facing the pores.

【0007】前記薄膜形成装置では前記一対のプラズマ
発生電極に高周波電圧を印加して、両電極間にグロー放
電を発生させてプラズマを作る。前記活性化気体発生装
置内に導入された原料ガスは、このプラズマによって分
解される。このとき、真空室に配された真空ポンプと前
記細孔のコンダクタンスとを調整することにより、前記
真空室の真空度を前記活性化気体発生装置よりも2〜3
桁低くなるようにして、活性化された原料ガスを基板に
向けて前記細孔から噴出させる。
In the thin film forming apparatus, a high frequency voltage is applied to the pair of plasma generating electrodes to generate a glow discharge between the two electrodes to generate plasma. The source gas introduced into the activated gas generator is decomposed by the plasma. At this time, by adjusting the vacuum pump disposed in the vacuum chamber and the conductance of the pore, the degree of vacuum in the vacuum chamber is set to be 2-3 times higher than in the activated gas generator.
The activated source gas is ejected from the pores toward the substrate so as to have an order of magnitude lower.

【0008】このように薄膜形成を行う真空室内におい
て画成された活性化気体発生装置の内部にプラズマ発生
電極を配し、同活性化気体発生装置において活性化され
た原料ガスを基板に向けて積極的に吹き付ける薄膜形成
装置では、投入電力を増大させることなく、成膜速度を
高めることができる。更には、投入電力を増大させてよ
り強いプラズマを発生させた場合にも、プラズマ発生電
極は画成された前記活性化気体発生装置内に設置されて
おり、同電極間でのグロー放電により基板へダメージを
与える虞れが全くない。そのため、投入電力を増大させ
て成膜速度を更に高めることが可能となる。また、成膜
速度が高まるにもかかわらず、薄膜の結晶化も促進さ
れ、従来よりも速い成膜速度で高品質の薄膜を形成する
ことができる。
[0008] A plasma generating electrode is disposed inside an activated gas generator defined in a vacuum chamber for forming a thin film as described above, and the raw material gas activated in the activated gas generator is directed toward a substrate. In the thin film forming apparatus that actively sprays, the film forming speed can be increased without increasing the input power. Furthermore, even when the input power is increased to generate stronger plasma, the plasma generating electrode is installed in the defined activated gas generator, and the substrate is generated by glow discharge between the electrodes. There is no danger of damaging the surface. Therefore, it is possible to further increase the film forming speed by increasing the input power. In addition, crystallization of the thin film is promoted in spite of an increase in the film forming rate, and a high-quality thin film can be formed at a film forming rate higher than that in the related art.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】このように、プラズマ
発生室と成膜処理室とを画成することにより成膜速度が
高まってはいるが、更なる成膜速度の向上が望まれてお
り、特に、太陽電池等の用途として微結晶薄膜の高速成
膜が強く望まれている。更には一度に処理できる面積を
大きくする大面積化も望まれている。そこで本発明はか
かる要望を達成すべく、一度に広い面積を高速且つ高品
質に表面処理することが可能な表面処理装置を提供する
ことを目的とする。
As described above, although the deposition rate is increased by defining the plasma generation chamber and the deposition processing chamber, it is desired to further improve the deposition rate. In particular, high-speed deposition of a microcrystalline thin film is strongly desired for use in solar cells and the like. Further, it is also desired to increase the area that can be processed at a time. Therefore, an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus capable of treating a large area at a high speed and with high quality at a time in order to achieve such a demand.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段及び作用効果】上述したよ
うに、ケーシング内がプラズマ発生室と基板処理室との
二室に画成された表面処理装置にあっては、従来の図9
に示すような平行平板型の表面処理装置21よりも表面
処理の速度及び品質が向上することがわかっている。
As described above, in a surface treatment apparatus in which the inside of a casing is divided into two chambers, a plasma generation chamber and a substrate processing chamber, as shown in FIG.
It has been found that the speed and quality of the surface treatment are improved as compared with the parallel plate type surface treatment apparatus 21 shown in FIG.

【0011】本発明者らはこの二室に画成された表面処
理装置に更に改良を加えるべく検討を行ったところ、図
10に示すような二室を画成する仕切り板6′に形成さ
れたプラズマ吹出口7′の寸法がある所定の範囲内にあ
るときには、更に表面処理速度及びその品質が向上する
ことを見出した。そしてその理由としては、前記プラズ
マ吹出口7′の寸法が前記所定の範囲内にあるときには
同吹出口においてホローカソードグロー放電又はホロー
アノードグロー放電が発生し、原料ガスのプラズマ化が
促進されることにより活性種の数が更に増えるためであ
ると推察している。
The present inventors have studied to further improve the surface treatment apparatus defined in the two chambers. As a result, the partition plate 6 'defining the two chambers as shown in FIG. It has been found that when the size of the plasma outlet 7 'is within a predetermined range, the surface treatment speed and its quality are further improved. The reason is that when the size of the plasma outlet 7 'is within the predetermined range, a hollow cathode glow discharge or a hollow anode glow discharge is generated at the outlet, thereby promoting the plasma of the raw material gas. It is speculated that this is because the number of active species further increases.

【0012】更に一度に大きな面積に成膜を施すべく、
図11に示すように仕切り板6″にプラズマ吹出口7″
を多数形成したところ、投入電力の大きさなどプラズマ
処理条件によっては、厚みや品質が不均一な成膜となる
場合があった。
In order to form a film on a large area at a time,
As shown in FIG. 11, a plasma outlet 7 "is provided on a partition plate 6".
Was formed, and depending on the plasma processing conditions such as the magnitude of the input power, the thickness and quality could become uneven.

【0013】そこで、本発明者らは更なる検討を行い、
いかなるプラズマ処理条件であってもほぼ均一な厚み及
び品質で成膜処理が可能となるような表面処理装置を得
るに到ったものである。
Therefore, the present inventors conducted further studies, and
The present invention provides a surface treatment apparatus capable of forming a film with a substantially uniform thickness and quality under any plasma treatment conditions.

【0014】本件請求項1に係る発明は、プラズマ発生
手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケーシ
ング内に、前記プラズマ発生手段によ原料ガスをプラズ
マ化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラ
ズマ処理する表面処理装置であって、前記ケーシング
は、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生室と前
記基板支持台を備えた基板処理室との二室に仕切り板に
より画成され、前記仕切り板には一以上のプラズマ吹出
口が形成されてなり、前記プラズマ吹出口は一筆書きで
きる長尺な実質的に連続したスリット形状をなしている
ことを特徴としている。
According to the first aspect of the present invention, the source gas is turned into plasma by the plasma generating means in a casing provided with a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support. A surface treatment apparatus for performing plasma treatment on a surface of a mounted substrate, wherein the casing has a partition plate in two chambers, a plasma generation chamber including the plasma generation unit and a substrate processing chamber including the substrate support. The partition plate is formed with one or more plasma outlets, and the plasma outlet has a long, substantially continuous slit shape which can be drawn with one stroke.

【0015】なお、実質的に連続したスリット形状と
は、前記プラズマ吹出口には後述するようにホロー放電
によるプラズマが生じるが、このプラズマが一つのプラ
ズマ吹出口において分断することなく連続できるような
形態のスリット形状をいう。例えば前記プラズマ吹出口
のスリット幅方向にリブが形成されている場合に、その
リブの仕切り板厚方向の寸法や幅寸法が十分に小さく、
プラズマが前記リブを乗り越えてスリット形状のプラズ
マ吹出口において分断されずに連続できる場合には、そ
のプラズマ吹出口は実質的に連続しているとする。
[0015] The substantially continuous slit shape means that plasma by hollow discharge is generated at the plasma outlet as described later, but this plasma can be continued without being divided at one plasma outlet. The shape refers to the slit shape. For example, when a rib is formed in the slit width direction of the plasma outlet, the size and width of the rib in the thickness direction of the partition plate are sufficiently small,
If the plasma can continue without breaking at the slit-shaped plasma outlet over the rib, it is assumed that the plasma outlet is substantially continuous.

【0016】前記プラズマ発生手段としては、カソード
及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極による放
電や、三極以上の電極を有する放電、マイクロ波放電、
容量結合型放電、誘導結合型放電、ヘリコン波放電、P
IG放電、電子線励起放電などの手段を採用できる。
The plasma generating means includes a discharge by a pair of plasma generating electrodes including a cathode and an anode, a discharge having three or more electrodes, a microwave discharge,
Capacitively coupled discharge, inductively coupled discharge, helicon wave discharge, P
Means such as IG discharge and electron beam excited discharge can be adopted.

【0017】上記表面処理装置により表面処理を行うに
は、ガス供給管を通じてケーシング内に原料ガス及びキ
ャリアガスを注入し、プラズマ発生手段により、プラズ
マ発生室内にプラズマを発生させる。このとき、前記基
板処理室は室圧を前記プラズマ発生室よりも低圧に調節
しているため、同プラズマ発生室内のプラズマは、前記
プラズマ吹出口から前記基板処理室内へと吹き出す。前
記プラズマ吹出口からプラズマが吹き出した後に、さら
に原料ガス及びキャリアガスを注入してもよい。このプ
ラズマ中の活性化された原料ガスは、プラズマの流れに
より前記処理室内の基板表面へと到達し、同基板にエッ
チングや成膜等の表面処理が施される。
To perform the surface treatment by the above-mentioned surface treatment apparatus, a raw material gas and a carrier gas are injected into a casing through a gas supply pipe, and plasma is generated in a plasma generation chamber by a plasma generation means. At this time, since the chamber pressure of the substrate processing chamber is adjusted to be lower than that of the plasma generation chamber, the plasma in the plasma generation chamber blows out from the plasma outlet into the substrate processing chamber. After the plasma is blown out from the plasma outlet, a source gas and a carrier gas may be further injected. The activated source gas in the plasma reaches the substrate surface in the processing chamber by the flow of the plasma, and the substrate is subjected to a surface treatment such as etching or film formation.

【0018】本件発明にあっては、前記プラズマ吹出口
を一筆書きできる長尺な実質的に連続したスリット形状
とすることにより、プラズマ吹出口にはホロー放電によ
るプラズマが発生する。このホロー放電は前記プラズマ
吹出口の電位によりホローカソードグロー放電又はホロ
ーアノードグロー放電となる。
In the present invention, the plasma outlet is formed into a long, substantially continuous slit shape which can be drawn with one stroke, so that plasma is generated at the plasma outlet by hollow discharge. This hollow discharge becomes a hollow cathode glow discharge or a hollow anode glow discharge depending on the potential of the plasma outlet.

【0019】このホロー放電によって前記プラズマ吹出
口において新たにプラズマが生成されるため、基板処理
室へと導かれるプラズマの密度が高められる。更には、
プラズマ発生室内で発生したプラズマは、ホロー放電の
発生しているプラズマ吹出口を通過する際に、衝突など
による相互作用によって前記プラズマ内の荷電粒子 (電
子又はイオン)のエネルギーが低下する。電子のエネル
ギーが低下することにより、電子は、原料ガスから表面
処理に寄与する中性活性種を生成するに十分であり、し
かも基板表面に衝突して損傷させるイオンは生成するこ
との少ない適度な強度のエネルギーとなるため、結果と
してイオンを増加させることなく中性活性種の数を増や
すことができる。また、プラズマ内の高エネルギーイオ
ンの数を減少させることにより、これらのイオンによる
基板損傷の影響を減少できる。
Since the plasma is newly generated at the plasma outlet by the hollow discharge, the density of the plasma guided to the substrate processing chamber is increased. Furthermore,
When the plasma generated in the plasma generation chamber passes through the plasma outlet where the hollow discharge is generated, the energy of charged particles (electrons or ions) in the plasma is reduced due to interaction due to collision or the like. Due to the decrease in the energy of the electrons, the electrons are sufficient to generate neutral active species that contribute to the surface treatment from the raw material gas, and the ions that cause damage by colliding with the substrate surface are less likely to be generated. Since the energy is strong, the number of neutral active species can be increased without increasing the number of ions. Also, by reducing the number of high energy ions in the plasma, the effect of these ions on substrate damage can be reduced.

【0020】このように、ホロー放電により、プラズマ
密度が向上して表面処理に寄与する中性活性種が増加す
るため、表面処理の速度が高められる。また、プラズマ
内に存在する、基板に衝突してダメージを与えるイオン
のエネルギーを低下させることにより、基板表面の劣化
を抑制でき、高品質の表面処理を高速で行うことができ
る。
As described above, the hollow discharge increases the plasma density and increases the number of neutral active species contributing to the surface treatment, thereby increasing the speed of the surface treatment. In addition, by lowering the energy of ions present in the plasma that collide with and damage the substrate, deterioration of the substrate surface can be suppressed, and high-quality surface treatment can be performed at high speed.

【0021】更には、前記プラズマ吹出口が長尺なスリ
ット状であり、即ち、従来のように仕切り板の中央に単
一の吹出口を設ける場合よりも広い面積にわたってプラ
ズマ吹出口が開口しているため、一度の処理で基板の広
範囲にわたって表面処理を施すことが可能となる。
Further, the plasma outlet is in the form of a long slit, that is, the plasma outlet is opened over a wider area than when a single outlet is provided at the center of the partition plate as in the prior art. Therefore, it is possible to perform a surface treatment over a wide range of the substrate in one process.

【0022】前記基板としてはガラス、有機フィルム、
或いはSUS等の金属を使用することができる。さらに
本発明の表面処理装置は成膜やアッシング、エッチング
等の各種表面処理に使用できるが、前記基板表面にアモ
ルファスシリコンや、更には結晶質シリコンなどのシリ
コン薄膜や酸化膜を成膜する際に特に好適に使用され
る。
As the substrate, glass, an organic film,
Alternatively, a metal such as SUS can be used. Furthermore, the surface treatment apparatus of the present invention can be used for various surface treatments such as film formation, ashing, and etching.However, when forming a silicon thin film or an oxide film such as amorphous silicon or even crystalline silicon on the substrate surface, Particularly preferably used.

【0023】前記原料ガス導入口は、前記プラズマ発生
室内に開口させてもよく、或いは、前記プラズマ発生室
内にはキャリアガスのみを導入し、前記原料ガス導入口
は前記プラズマ吹出口の側面に開口させることもでき
る。更には、例えば原料ガス導入用のパイプなどの導入
手段を用いて、前記原料ガス導入口を基板処理室内に開
口させ、原料ガスを基板処理室内における前記プラズマ
吹出口と基板との間に導入してもよい。前記原料ガス導
入口を前記吹出口に開口させる場合や、基板処理室内に
開口させる場合には、前記原料ガスは前記吹出口を通過
するプラズマ化されたキャリアガスによりプラズマ化さ
れる。この場合には、前記プラズマ発生室の内壁面が前
記原料ガスにより汚染されることがない。
The source gas inlet may be opened in the plasma generation chamber, or only a carrier gas is introduced into the plasma generation chamber, and the source gas inlet is opened on a side surface of the plasma outlet. It can also be done. Further, using, for example, an introduction means such as a pipe for introducing a source gas, the source gas introduction port is opened in the substrate processing chamber, and the source gas is introduced between the plasma outlet and the substrate in the substrate processing chamber. You may. When the source gas inlet is opened at the outlet or in the substrate processing chamber, the source gas is turned into plasma by a carrier gas that is turned into plasma and passes through the outlet. In this case, the inner wall surface of the plasma generation chamber is not contaminated by the source gas.

【0024】なお、前記プラズマ発生手段として一対の
プラズマ発生電極を使用する場合に、これら電極には直
流電源又は高周波電源を接続して直流〜高周波電力まで
印加することが可能であるが、特に、高周波電力を投入
することが好ましい。更に、各電極にそれぞれ直流又は
交流の電源によってバイアスを印加することもできる。
When a pair of plasma generating electrodes are used as the plasma generating means, it is possible to connect a DC power supply or a high frequency power supply to these electrodes to apply DC to high frequency power. Preferably, high frequency power is applied. Further, a bias may be applied to each electrode by a DC or AC power supply.

【0025】前記プラズマ吹出口としては、本件請求項
2〜4に係る発明のように、渦巻き形状、蛇行形状、直
線を連結した形状などが挙げられる。更に、本件請求項
5に係る発明によれば、前記プラズマ吹出口は前記仕切
り板の中心に対して対称に形成されている。このように
形成することで、基板により均一に表面処理を施すこと
が可能となる。
Examples of the plasma outlet include a spiral shape, a meandering shape, and a shape obtained by connecting straight lines, as in the invention according to claims 2 to 4 of the present application. Further, according to the invention of claim 5, the plasma outlet is formed symmetrically with respect to the center of the partition plate. By forming in this manner, it becomes possible to perform a surface treatment more evenly on the substrate.

【0026】また、プラズマ吹出口により効果的にホロ
ー放電を発生させると共に、前記吹出口から効率良くプ
ラズマを吹出させるために、本件請求項6に係る発明に
よれば、前記プラズマ吹出口のスリット幅WはW≦5L
(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定さ
れている。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下に
おいて、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に
中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな
原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程
であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生す
るシース層の厚みである。
According to the sixth aspect of the present invention, in order to effectively generate a hollow discharge by the plasma outlet and efficiently discharge the plasma from the outlet, the slit width of the plasma outlet can be reduced. W is W ≦ 5L
(e) or a range satisfying either W ≦ 20X. However, L (e) is the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions.

【0027】なお、電子とガス分子(原子を含む)との
散乱における電子の平均自由行程は、ガス圧、原子・分
子の散乱断面積及び温度に依存するが、前記プラズマ発
生条件には、これらガス圧、原子・分子の散乱断面積、
及び温度などが含まれている。
The mean free path of electrons in the scattering of electrons and gas molecules (including atoms) depends on the gas pressure, the scattering cross section of atoms and molecules, and the temperature. Gas pressure, atom / molecule scattering cross section,
And temperature.

【0028】本件請求項7に係る発明は、前記プラズマ
吹出口は前記仕切り板の中心から外周へ向けてそのスリ
ット幅を変化させている。また、本件請求項8に係る発
明では、前記仕切り板は中心から外周へ向けてその厚み
を変化させている。
In the invention according to claim 7, the slit width of the plasma outlet is changed from the center of the partition plate to the outer periphery. Further, in the invention according to claim 8, the thickness of the partition plate is changed from the center to the outer periphery.

【0029】上記表面処理装置では、プラズマ発生手段
として一対のプラズマ発生電極を採用する場合、この電
極に印加する高周波電力の周波数により、前記プラズマ
吹出口に発生するホロー放電のプラズマの密度が、仕切
り板の中心からの距離に応じて異なる場合がある。その
ような場合には、上述したようにスリット幅を例えばホ
ロー放電の発生しやすい部分ではスリット幅を小さく、
或いは仕切り板の厚みを大きくし、反対にホロー放電の
発生しにくい部分ではスリット幅を大きく、或いは仕切
り板の厚みを小さくするように、前記スリット幅の寸法
又は仕切り板の厚みを、前記仕切り板の中心から外周へ
向けて変化させ、プラズマ吹出口の全長にわたって均一
な密度でプラズマが発生するように制御することができ
る。これにより、表面処理が基板の全面にわたって均一
になされる。
In the above-mentioned surface treatment apparatus, when a pair of plasma generating electrodes is employed as the plasma generating means, the density of the hollow discharge plasma generated at the plasma outlet is controlled by the frequency of the high frequency power applied to the electrodes. It may differ depending on the distance from the center of the plate. In such a case, as described above, the slit width is reduced, for example, in a portion where hollow discharge is likely to occur,
Alternatively, by increasing the thickness of the partition plate, and conversely, increasing the slit width in a portion where hollow discharge is unlikely to occur, or reducing the thickness of the slit width or the thickness of the partition plate so as to reduce the thickness of the partition plate, the partition plate Can be controlled from the center to the outer periphery so that plasma is generated at a uniform density over the entire length of the plasma outlet. Thereby, the surface treatment is uniformly performed over the entire surface of the substrate.

【0030】[0030]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面及び好適な実施例を参照して具体的に説明す
る。なお、以下の説明においては、放電のための主たる
電力を印加する側の電極をカソード電極とし、同カソー
ド電極に対向する電極をアノード電極としている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings and preferred embodiments. In the following description, the electrode to which the main power for discharging is applied is a cathode electrode, and the electrode facing the cathode electrode is an anode electrode.

【0031】図1は本発明の好適な実施形態である表面
処理装置1の概略図である。同装置1は外気と遮断さ
れ、接地されたケーシング2が、プラズマ発生室3と基
板処理室4との2室に画成されている。
FIG. 1 is a schematic view of a surface treatment apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention. The apparatus 1 is isolated from the outside air, and a grounded casing 2 is defined in two chambers, a plasma generation chamber 3 and a substrate processing chamber 4.

【0032】前記プラズマ発生室3内には一対のプラズ
マ発生電極5,6が上下に平行に配されている。一対の
電極5,6のうち高周波電源Pに接続されている上方の
電極(カソード電極)5は前記ケーシング2の上壁2a
に絶縁体2bを介して取り付けられており、一方、接地
されている下方の電極(アノード電極)6は、前記プラ
ズマ発生室3と前記基板処理室4とを画成している。な
お、前記アノード電極6は接地されているケーシング2
の上壁2aに直接取り付けられているが、これに限定さ
れるものではなく、ケーシング2の任意の位置に取り付
けることが可能である。
In the plasma generating chamber 3, a pair of plasma generating electrodes 5, 6 are vertically arranged in parallel. The upper electrode (cathode electrode) 5 of the pair of electrodes 5 and 6 connected to the high frequency power supply P is an upper wall 2a of the casing 2.
The lower electrode (anode electrode) 6, which is grounded, defines the plasma generation chamber 3 and the substrate processing chamber 4. The anode electrode 6 is connected to the grounded casing 2.
Although it is directly attached to the upper wall 2a, it is not limited to this, and it can be attached to any position of the casing 2.

【0033】前記カソード電極5は中空円柱状をなし、
その上壁部5aにはガス供給管8が貫通して配されてお
り、このガス供給管8から前記カソード電極5の中空内
部に、例えば成膜処理の場合には、モノシラン等の原料
ガスと、プラズマの発生を促進すると共にプラズマを安
定化し、且つ原料ガスを基板Sまで搬送するためのキャ
リアガスとの混合ガスを導入している。また前記アノー
ド電極6との対向部分である前記カソード電極5の下壁
部5bには、中空内部に導入された原料ガスをプラズマ
発生室3内に供給するために、複数のガス供給孔5cが
形成されている。このように、混合ガスを一旦、前記カ
ソード電極5の中空内部に貯留したのち、前記ガス供給
孔5cからシャワー状に前記プラズマ発生室3内に導入
することにより、前記混合ガスを均一の濃度及び圧力で
前記プラズマ発生室3内に導入することができる。
The cathode electrode 5 has a hollow cylindrical shape.
A gas supply pipe 8 penetrates the upper wall portion 5a, and a raw material gas such as monosilane is supplied from the gas supply pipe 8 to the hollow inside of the cathode electrode 5 for example in the case of a film forming process. In addition, a mixed gas with a carrier gas for promoting the generation of plasma and stabilizing the plasma and transporting the source gas to the substrate S is introduced. A plurality of gas supply holes 5c are provided in the lower wall portion 5b of the cathode electrode 5, which is a portion facing the anode electrode 6, in order to supply the raw material gas introduced into the hollow interior into the plasma generation chamber 3. Is formed. As described above, once the mixed gas is stored in the hollow interior of the cathode electrode 5, the mixed gas is introduced into the plasma generation chamber 3 in a shower form from the gas supply holes 5c, so that the mixed gas has a uniform concentration and uniformity. The pressure can be introduced into the plasma generation chamber 3.

【0034】なお、前記カソード電極5の中空内部には
キャリアガスのみを導入して、原料ガスは別途、異なる
導入口を設けて前記プラズマ発生室3の内部へ、或い
は、成膜処理室4の内部へと導入することもできる。
It is to be noted that only a carrier gas is introduced into the hollow interior of the cathode electrode 5, and a different introduction port is separately provided for the source gas to enter the inside of the plasma generation chamber 3 or the film formation processing chamber 4. It can also be introduced inside.

【0035】前記アノード電極6の中心には図2示すよ
うな上面形状が渦巻き形状をなすスリット状のプラズマ
吹出口7が形成されており、このプラズマ吹出口7を介
して前記プラズマ発生室3と基板処理室4とが連通され
ている。なお、前記アノード電極6とは別途に前記プラ
ズマ発生室3と基板処理室4とを画成するための仕切り
板を配し、同仕切り板にプラズマ吹出口を形成すること
もできる。
At the center of the anode electrode 6, a slit-shaped plasma outlet 7 having a spiral upper surface as shown in FIG. 2 is formed. The substrate processing chamber 4 is communicated with. In addition, a partition plate for defining the plasma generation chamber 3 and the substrate processing chamber 4 may be provided separately from the anode electrode 6, and a plasma outlet may be formed in the partition plate.

【0036】本実施例においては、前記プラズマ吹出口
7を渦巻き形状、即ち、一筆書きできる長尺な実質的に
連続したスリット形状としていることが重要である。更
に、このプラズマ吹出口7のスリット幅Wは長手方向に
均一であり、更に、渦巻きの間隔Lは前記スリット幅W
と同一にしている。また、前記スリット幅Wは、W≦5
L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定
することが好ましく、更に前記開口幅WをX/5≦Wの
範囲に設定することが好ましい。ここで、L(e) とは所
望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこ
から分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性
種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)
に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラ
ズマ発生条件下において発生するシース層の厚みであ
る。
In the present embodiment, it is important that the plasma outlet 7 has a spiral shape, that is, a long, substantially continuous slit shape that can be drawn with one stroke. Further, the slit width W of the plasma outlet 7 is uniform in the longitudinal direction, and the interval L between the spirals is equal to the slit width W.
Is the same as The slit width W is W ≦ 5.
It is preferable to set a range satisfying either L (e) or W ≦ 20X, and it is preferable to set the opening width W in a range of X / 5 ≦ W. Here, L (e) is the atom or molecular species having the smallest diameter among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. (Active species)
And X is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions.

【0037】前記基板処置室4内には前記プラズマ吹出
口7に対向する位置に基板支持台9が配されている。本
実施例においては前記基板支持台9は接地されているた
め、同支持台9上に載置された基板Sも同様に接地され
ることとなる。なお、前記基板支持台9を接地せずに直
流的又は交流的にバイアス印加することも、パルス的に
バイアス印加することも可能である。また、前記基板支
持台9にはヒータが内蔵されており、前記基板支持台9
の上面に載置された基板Sの温度を、気相成長に適した
温度に調整する。なお、前記基板処理室4は図示せぬバ
ルブ、圧力調整弁及び真空ポンプにより、前記プラズマ
発生室3よりも低い室圧に調整されている。
A substrate support 9 is disposed in the substrate treatment chamber 4 at a position facing the plasma outlet 7. In this embodiment, since the substrate support 9 is grounded, the substrate S placed on the support 9 is also grounded. Note that it is possible to apply a DC or AC bias without grounding the substrate support table 9 or to apply a bias in a pulsed manner. The substrate support 9 has a built-in heater.
Is adjusted to a temperature suitable for vapor phase growth. Note that the substrate processing chamber 4 is adjusted to a lower chamber pressure than the plasma generation chamber 3 by a valve, a pressure adjusting valve, and a vacuum pump (not shown).

【0038】上記表面処理装置1により成膜処理を施す
場合に、ガス供給管を通じてケーシング内に原料ガス及
びキャリアガスを注入し、前記カソード電極5に高周波
電源Pにより高周波電力を投入すると、前記電極5,6
間、つまり前記プラズマ発生室3内でプラズマが発生す
る。このプラズマ中には原料ガス及びキャリアガスから
発生した活性種とイオンなどが含まれる。前記基板処理
室4は室圧を前記プラズマ発生室3よりも低圧に調整し
ているため、同プラズマ発生室3内のプラズマは、前記
プラズマ吹出口7から前記基板処理室4内へと吹き出
す。この吹き出したプラズマにより前記処理室4内の基
板S表面に前記活性種やイオンが到達し、同基板S表面
に薄膜が形成される。
When a film forming process is performed by the surface treatment apparatus 1, a raw material gas and a carrier gas are injected into a casing through a gas supply pipe, and high frequency power is supplied to the cathode electrode 5 by a high frequency power supply P. 5,6
During the period, that is, in the plasma generation chamber 3, plasma is generated. The plasma contains active species and ions generated from the source gas and the carrier gas. Since the chamber pressure of the substrate processing chamber 4 is adjusted to be lower than that of the plasma generating chamber 3, plasma in the plasma generating chamber 3 is blown out from the plasma outlet 7 into the substrate processing chamber 4. The activated species and ions reach the surface of the substrate S in the processing chamber 4 by the blown plasma, and a thin film is formed on the surface of the substrate S.

【0039】更に本実施形態では、渦巻き状の前記プラ
ズマ吹出口7にはホローアノードグロー放電が誘起され
る。この一筆書きできる長尺な実質的に連続した渦巻き
状の前記プラズマ吹出口7内部でのプラズマの誘起につ
いては、プラズマ吹出口7内部の任意の位置でホローア
ノードグロー放電が誘起され、連鎖的に前記吹出口7の
内部全体にホローアノードグロー放電が伝播されると考
えられる。
Further, in this embodiment, a hollow anode glow discharge is induced in the spiral plasma outlet 7. Regarding the induction of plasma inside the long, substantially continuous spiral plasma outlet 7 which can be drawn with a single stroke, a hollow anode glow discharge is induced at an arbitrary position inside the plasma outlet 7, and a chain is generated. It is considered that the hollow anode glow discharge is propagated throughout the inside of the outlet 7.

【0040】前記プラズマ吹出口7にはホローアノード
グロー放電が誘起されるため、基板処理室4へと導かれ
るプラズマの密度が高められる。更に、本実施形態にあ
ってはプラズマ吹出口7を渦巻き状にすることで、実質
的にはプラズマ吹出口7がアノード電極6の広い範囲に
わたって形成されることになり、しかも、そのプラズマ
吹出口7の全長からプラズマが吹き出すため、基板Sの
広い範囲にわたりほぼ均一な表面処理が可能となる。
Since a hollow anode glow discharge is induced in the plasma outlet 7, the density of plasma guided to the substrate processing chamber 4 is increased. Further, in the present embodiment, by spiraling the plasma outlet 7, the plasma outlet 7 is formed substantially over a wide area of the anode electrode 6, and the plasma outlet 7 is formed. Since plasma is blown out from the entire length of the substrate 7, substantially uniform surface treatment can be performed over a wide range of the substrate S.

【0041】また、本実施形態にあっては、プラズマ吹
出口7のスリット幅WをX/5≦W≦5L(e) 又はX/
5≦W≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定してい
るため、前記プラズマ吹出口7でのホローアノードグロ
ー放電の発生を更に促進することができる。
In this embodiment, the slit width W of the plasma outlet 7 is set to X / 5 ≦ W ≦ 5L (e) or X /
Since it is set in a range satisfying any one of 5 ≦ W ≦ 20X, generation of hollow anode glow discharge at the plasma outlet 7 can be further promoted.

【0042】更に、プラズマ発生室3内で発生したプラ
ズマが、ホローアノード放電の発生域であるプラズマ吹
出口7を通過する際に、前記プラズマ内の電子のエネル
ギーが、活性種を生成するに十分で、イオンを生成する
には不充分な強度まで適度に低減されるため、基板処理
室4へと導かれるプラズマは成膜に寄与する活性種が更
に増大し、密度の高いプラズマとなり、成膜速度が著し
く向上する。更には、ホローアノードグロー放電が誘起
されているプラズマ吹出口7を通過する際に、前記プラ
ズマ内のイオンエネルギーも低下するため、基板処理室
4へと導かれたプラズマには、基板に衝突してダメージ
を与えるイオンが少なく、高品質な成膜が可能となる。
Further, when the plasma generated in the plasma generation chamber 3 passes through the plasma outlet 7, which is a region where hollow anode discharge occurs, the energy of the electrons in the plasma is sufficient to generate active species. Since the intensity is appropriately reduced to an intensity that is insufficient to generate ions, the plasma guided to the substrate processing chamber 4 further increases active species contributing to film formation, becomes high-density plasma, and Speed is significantly improved. Furthermore, when passing through the plasma outlet 7 in which the hollow anode glow discharge is induced, the ion energy in the plasma is also reduced, so that the plasma guided to the substrate processing chamber 4 collides with the substrate. There are few ions which cause damage and high quality film formation is possible.

【0043】本発明の効果を具体的な実施例を挙げて説
明する。 「実施例1」上述した実施形態による表面処理装置1に
おいて、アノード電極6の厚みが7.0mmであり、同
アノード電極6に形成されている渦巻き形状のプラズマ
吹出口7のスリット幅Wを8.0mm、渦巻きの間隔L
を8.0mmとして、シリコン薄膜の成膜処理を行った
ところ、成膜速度を従来よりも高めても、得られたシリ
コン膜は結晶質となっていた。上記の成膜処理に使用し
たスリット幅はホロー放電が誘起される条件を満たして
いる。 「比較例」上記表面処理装置1におけるアノード電極6
に代えて、図10に示すような中心に直径が50mmで
ある円形のプラズマ吹出口7′が形成された厚みが7.
0mmのアノード電極6′を使用した表面処理装置を用
いて実施例1と同様にシリコン薄膜の成膜処理を行った
ところ、成膜速度を高めると、シリコン薄膜は非晶質に
なっており、結晶質のシリコン薄膜を得ることができな
かった。このときの成膜処理に使用したオリフィス径は
ホロー放電が誘起される条件を満たしていない。
The effects of the present invention will be described with reference to specific examples. Example 1 In the surface treatment apparatus 1 according to the above-described embodiment, the anode electrode 6 has a thickness of 7.0 mm and the spiral plasma outlet 7 formed on the anode electrode 6 has a slit width W of 8 mm. 0.0 mm, spiral spacing L
Was set to 8.0 mm, and the silicon thin film was formed. As a result, the obtained silicon film was crystalline even if the film forming speed was increased as compared with the conventional case. The slit width used in the above-described film forming process satisfies the condition for inducing a hollow discharge. "Comparative Example" Anode electrode 6 in the above surface treatment apparatus 1
Instead, a circular plasma outlet 7 'having a diameter of 50 mm is formed at the center as shown in FIG.
When a silicon thin film was formed in the same manner as in Example 1 using a surface treatment apparatus using a 0 mm anode electrode 6 ′, when the film forming rate was increased, the silicon thin film became amorphous. A crystalline silicon thin film could not be obtained. The orifice diameter used in the film forming process at this time does not satisfy the condition for inducing a hollow discharge.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】なお、上述した実施形態では前記アノード
電極6を接地しているが、前記電極5,6にそれぞれ直
流又は交流の電源又はパルス電源によってバイアスを印
加することもできる。更には、上述の実施例ではアノー
ド電極6によりプラズマ発生室3と基板処理室4とを画
成しているが、前記アノード電極6とは別途にプラズマ
吹出口を有する仕切り板を設けてプラズマ発生室3と基
板処理室4とを画成することもできる。また、上述した
表面処理装置を用いて、アッシングやエッチング等の他
の表面処理を行う場合にも、従来よりも低温で且つ高速
に表面処理を行うことが可能である。
In the above-described embodiment, the anode electrode 6 is grounded. However, a bias may be applied to the electrodes 5 and 6 by a DC or AC power supply or a pulse power supply, respectively. Further, in the above-described embodiment, the plasma generation chamber 3 and the substrate processing chamber 4 are defined by the anode electrode 6, but the partition plate having a plasma outlet is provided separately from the anode electrode 6 to generate the plasma. The chamber 3 and the substrate processing chamber 4 can be defined. In addition, when other surface treatments such as ashing and etching are performed by using the above-described surface treatment apparatus, the surface treatment can be performed at a lower temperature and at a higher speed than in the related art.

【0046】以下、本発明の特徴部分であるプラズマ吹
出口の好適な変形例について説明する。図3に示すプラ
ズマ吹出口11も上述したプラズマ吹出口7と同様に上
面形状が渦巻き形状をなしており、更に複数箇所におい
てスリット幅を連結するリブ11aが形成されている。
このように複数箇所でリブ11aを形成することによ
り、例えば同プラズマ吹出口11の形成されている仕切
り板(アノード電極6)が薄板である場合にも、プラズ
マ吹出口11の形態を安定して保持できる。なお、この
ようなリブ11aを形成するにあたって、前記プラズマ
吹出口11が実質的に連続していることが重要である。
即ち、前記リブ11aの板厚方向での寸法を板厚よりも
小さくしたり、或いはリブ11aの幅寸法を小さくする
などして、前記プラズマ吹出口11内に発生するプラズ
マを分断しないことが重要である。
Hereinafter, preferred modifications of the plasma outlet, which is a feature of the present invention, will be described. The plasma outlet 11 shown in FIG. 3 also has a spiral upper surface in the same manner as the above-described plasma outlet 7, and has ribs 11a connecting slit widths at a plurality of locations.
By forming the ribs 11a at a plurality of positions in this way, even when the partition plate (anode electrode 6) on which the plasma outlet 11 is formed is a thin plate, for example, the form of the plasma outlet 11 is stabilized. Can hold. In forming such ribs 11a, it is important that the plasma outlets 11 are substantially continuous.
That is, it is important that the size of the rib 11a in the plate thickness direction is smaller than the plate thickness, or that the width of the rib 11a is reduced so that the plasma generated in the plasma outlet 11 is not divided. It is.

【0047】図4に示すプラズマ吹出口12は、上面形
状がジグザグな蛇行形状である。このプラズマ吹出口1
2は仕切り板(アノード電極6)の中心に対して点対称
となっている。
The plasma outlet 12 shown in FIG. 4 has a zigzag meandering top surface. This plasma outlet 1
2 is point-symmetric with respect to the center of the partition plate (anode electrode 6).

【0048】図5に示すプラズマ吹出口13,13も上
面形状がジグザグな蛇行形状であり、上述の図4に示す
プラズマ吹出口12を仕切り板(アノード電極6)の中
心部分で分断した形状である。2つの前記プラズマ吹出
口13,13は互いに、仕切り板(アノード電極6)の
中心に対して点対称となるよう形成されている。
The plasma outlets 13 shown in FIG. 5 also have a zigzag meandering upper surface, and the plasma outlet 12 shown in FIG. 4 is divided at the center of the partition plate (anode electrode 6). is there. The two plasma outlets 13 are formed to be point-symmetric with respect to the center of the partition plate (anode electrode 6).

【0049】図6に示すプラズマ吹出口14は上面形状
が直線を連結した略U字状をなしている。更に開放して
いる端部も連結して矩形状とし、中心部分が落下しない
よう、上述したようなリブで連結することもできる。
The plasma outlet 14 shown in FIG. 6 has a substantially U-shaped upper surface formed by connecting straight lines. Further, the open ends may be connected to form a rectangular shape, and the above-mentioned ribs may be connected so that the center portion does not drop.

【0050】図7に示すプラズマ吹出口15は上面形状
が渦巻き形状であり、更にそのスリット幅Wを仕切り板
(アノード電極6)の中心近傍のスリット幅W1 から外
周のスリット幅W2 に向けて徐々に減少するように形成
している。ここで、例えば周波数が13.56MHzの
高周波電源により電力を印加してプラズマを発生させる
場合に、上述した図1及び図2に示す表面処理装置1の
ように、渦巻き形状のプラズマ吹出口7のスリット幅W
を一定にすると、基板Sに到達するプラズマは中心部分
で弱く、外周部分へ向けて強くなる傾向にある。このよ
うにプラズマの密度が不均一になる場合に、図7のよう
にスリット幅Wを仕切り板の中心近傍から外周へ向けて
漸減させることにより、最終的に基板Sの表面に到達す
るプラズマの密度を均一化することができ、高速成膜で
且つ膜厚分布及び膜品質が一定な膜が形成できる。 「実施例2」図7に示すプラズマ吹出口15であって、
仕切り板の中心近傍でのスリット幅W1 を8.0mm、
外周近傍でのスリット幅W2 を6.0mmとし、且つ渦
巻きの間隔Dを8.0mmに設定したものを採用して、
実施例1と同様にシリコン薄膜の成膜処理を行った。そ
の結果、結晶質のシリコン薄膜が得られ、その膜厚分布
も実施例1に比べてより均一化されていた。
The plasma outlet 15 shown in FIG. 7 has a spiral top surface, and its slit width W gradually increases from the slit width W1 near the center of the partition plate (anode electrode 6) to the outer slit width W2. It is formed so as to decrease. Here, when plasma is generated by applying power from a high-frequency power supply having a frequency of 13.56 MHz, for example, as in the surface treatment apparatus 1 shown in FIG. 1 and FIG. Slit width W
Is constant, the plasma arriving at the substrate S tends to be weaker at the central portion and stronger toward the outer peripheral portion. When the density of the plasma becomes non-uniform, the slit width W is gradually reduced from the vicinity of the center of the partition plate toward the outer periphery as shown in FIG. The density can be made uniform, a film can be formed at a high speed, and the film thickness and the film quality are constant. "Example 2" is a plasma outlet 15 shown in FIG.
The slit width W1 near the center of the partition plate is 8.0 mm,
The slit width W2 in the vicinity of the outer periphery is set to 6.0 mm, and the interval D between the spirals is set to 8.0 mm.
In the same manner as in Example 1, a silicon thin film was formed. As a result, a crystalline silicon thin film was obtained, and its film thickness distribution was more uniform than in Example 1.

【0051】[0051]

【表2】 [Table 2]

【0052】また、図8に示すプラズマ吹出口16は、
上面形状が渦巻き形状で、スリット幅Wが一定である
が、同プラズマ吹出口16のスリット深さD、即ち仕切
り板(アノード電極6)の厚み寸法を中心から外周に向
けて徐々に大きくしている。この図8に示すプラズマ吹
出口16のようにスリット深さDを仕切り板の中心近傍
から外周へ向けて増加させることにより、最終的に基板
Sの表面に到達するプラズマの密度を均一化することが
でき、高速成膜で且つ膜厚分布及び膜品質が一定な膜が
形成できる。
The plasma outlet 16 shown in FIG.
The upper surface has a spiral shape and the slit width W is constant, but the slit depth D of the plasma outlet 16, that is, the thickness dimension of the partition plate (anode electrode 6) is gradually increased from the center toward the outer periphery. I have. By increasing the slit depth D from the vicinity of the center of the partition plate to the outer periphery as in the plasma outlet 16 shown in FIG. 8, the density of the plasma finally reaching the surface of the substrate S is made uniform. This makes it possible to form a film which is high-speed and has a uniform film thickness distribution and film quality.

【0053】なお、上述した図7に示すプラズマ吹出口
15は同吹出口15が形成されているアノード電極6の
中心から外周へ向けてスリット幅Wを減少させており、
図8に示すプラズマ吹出口はアノード電極6の中心から
外周へ向けてスリット深さDを増加させている。これ
は、上述したように周波数が13.56MHzの高周波
電源により電力を印加してプラズマを発生させる場合
に、基板Sに到達するプラズマの密度は中心部分で低
く、外周部分へ向けて高くなる傾向に対処するためであ
る。
In the plasma outlet 15 shown in FIG. 7, the slit width W is reduced from the center to the outer periphery of the anode electrode 6 where the outlet 15 is formed.
The plasma outlet shown in FIG. 8 increases the slit depth D from the center of the anode electrode 6 toward the outer periphery. This is because, as described above, when power is applied by a high frequency power supply having a frequency of 13.56 MHz to generate plasma, the density of plasma reaching the substrate S tends to be low at the central portion and increase toward the outer peripheral portion. It is to deal with.

【0054】しかしながら、例えば周波数を8倍前後の
例えば100MHz程度とした場合には、上述の傾向と
は逆に、中心から外周へ向けてプラズマ密度が低くなる
傾向が認められる。そのような場合には、プラズマ吹出
口のスリット幅Wを中心から外周へ向けて増加し、或い
は、スリット深さDを中心から外周へ向けて減少させる
ことが好ましい。いずれにしても、前記プラズマ吹出口
のスリット幅及びスリット深さは、印加電力の周波数や
室圧、温度などの各種プラズマ発生条件に応じて基板S
へと到達するプラズマの密度に鑑み、適宜設定するもの
である。
However, when the frequency is, for example, about eight times, for example, about 100 MHz, the plasma density tends to decrease from the center to the outer periphery, contrary to the above tendency. In such a case, it is preferable to increase the slit width W of the plasma outlet from the center toward the outer periphery or decrease the slit depth D from the center toward the outer periphery. In any case, the slit width and the slit depth of the plasma outlet vary depending on various plasma generation conditions such as the frequency of applied power, chamber pressure, and temperature.
It is set appropriately in consideration of the density of the plasma reaching.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好適な実施形態である表面処理装置の
概略を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view schematically showing a surface treatment apparatus according to a preferred embodiment of the present invention.

【図2】上記装置におけるアノード電極の平面図であ
る。
FIG. 2 is a plan view of an anode electrode in the device.

【図3】本発明の他の実施形態によるアノード電極の平
面図である。
FIG. 3 is a plan view of an anode electrode according to another embodiment of the present invention.

【図4】本発明の更に他の実施形態によるアノード電極
の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of an anode electrode according to still another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の更に他の実施形態によるアノード電極
の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of an anode electrode according to still another embodiment of the present invention.

【図6】本発明の更に他の実施形態によるアノード電極
の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of an anode electrode according to another embodiment of the present invention;

【図7】本発明の更に他の実施形態によるアノード電極
の平面図である。
FIG. 7 is a plan view of an anode electrode according to another embodiment of the present invention;

【図8】本発明の更に他の実施形態によるアノード電極
の平面図及び断面図である。
FIG. 8 is a plan view and a cross-sectional view of an anode electrode according to still another embodiment of the present invention.

【図9】従来の平行平板型の表面処理装置の概略を示す
断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing a conventional parallel plate type surface treatment apparatus.

【図10】従来のアノード電極の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a conventional anode electrode.

【図11】従来の他のアノード電極の平面図である。FIG. 11 is a plan view of another conventional anode electrode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 表面処理装置 2 ケーシング 2a 上壁 2b 絶縁体 3 プラズマ発生室 4 基板処理室 5 カソード電極 5a 上壁部 5b 下壁部 5c ガス供給孔 6,6′,6″ アノード電極 7,7′,7″ プラズマ吹出口 8 ガス供給管 9 基板支持台 11,12,13,14,15,16 プラズマ吹出口 21 表面処理装置 22 ケーシング 23,24 プラズマ発生電極 25 原料ガス導入管 26 ヒーター S 基板 P 高周波電源 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface treatment apparatus 2 Casing 2a Upper wall 2b Insulator 3 Plasma generation chamber 4 Substrate processing chamber 5 Cathode electrode 5a Upper wall 5b Lower wall 5c Gas supply hole 6, 6 ', 6 "Anode electrode 7, 7', 7 "Plasma outlet 8 Gas supply pipe 9 Substrate support 11, 12, 13, 14, 15, 16 Plasma outlet 21 Surface treatment device 22 Casing 23, 24 Plasma generation electrode 25 Source gas introduction pipe 26 Heater S Substrate P High frequency power supply

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水上 裕之 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 (72)発明者 田渕 俊宏 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 Fターム(参考) 4K030 AA06 BA29 BB03 FA03 KA12 KA17 KA30 KA45 5F004 BA06 BA14 BA20 BD04 5F045 AA08 AA09 AA14 AB03 BB09 DP03 EH04 EH11 EH12 EH13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Hiroyuki Mizukami 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Inside of Komatsu Seisakusho Research Headquarters (72) Inventor Toshihiro Tabuchi 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Komatsu Seisakusho Research Headquarters F term (reference) 4K030 AA06 BA29 BB03 FA03 KA12 KA17 KA30 KA45 5F004 BA06 BA14 BA20 BD04 5F045 AA08 AA09 AA14 AB03 BB09 DP03 EH04 EH11 EH12 EH13

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 プラズマ発生手段、原料ガス導入口、及
び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発
生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ
化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズ
マ処理する表面処理装置であって、 前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段を備えたプラ
ズマ発生室と前記基板支持台を備えた基板処理室との二
室に仕切り板により画成され、 前記仕切り板には一以上のプラズマ吹出口が形成されて
なり、 前記プラズマ吹出口は一筆書きできる実質的に連続した
長尺なスリット形状をなしていることを特徴とする表面
処理装置。
A plasma is generated by said plasma generating means into a source gas in a casing provided with a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support, and is placed on said substrate support. A surface processing apparatus for performing plasma processing on the substrate surface, wherein the casing is defined by a partition plate in two chambers, a plasma generation chamber including the plasma generation unit and a substrate processing chamber including the substrate support. A surface treatment apparatus, wherein one or more plasma outlets are formed in the partition plate, and the plasma outlet has a substantially continuous long slit shape which can be drawn with one stroke.
【請求項2】 前記プラズマ吹出口は渦巻き形状である
請求項1記載の表面処理装置。
2. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the plasma outlet has a spiral shape.
【請求項3】 前記プラズマ吹出口は蛇行形状である請
求項1記載の表面処理装置。
3. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the plasma outlet has a meandering shape.
【請求項4】 前記プラズマ吹出口は直線を連結した形
状である請求項1記載の表面処理装置。
4. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the plasma outlet has a shape in which straight lines are connected.
【請求項5】 前記プラズマ吹出口は前記仕切り板の中
心に対して対称に形成されてなる請求項1記載の表面処
理装置。
5. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the plasma outlet is formed symmetrically with respect to a center of the partition plate.
【請求項6】 前記プラズマ吹出口のスリット幅WはW
≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に
設定されてなる請求項1〜3のいずれかに記載の表面処
理装置。 但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原
料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原
子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は
分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程 X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシ
ース層の厚み
6. The slit width W of the plasma outlet is W
The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the surface treatment apparatus is set in a range that satisfies either ≤ 5L (e) or W ≤ 20X. Here, L (e): under the desired plasma generation conditions, the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom, the smallest diameter atom or molecular species (active species) Mean free path of electrons with respect to seed) X: thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
【請求項7】 前記プラズマ吹出口は前記仕切り板の中
心から外周へ向けてそのスリット幅を変化させてなる請
求項1記載の表面処理装置。
7. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein said plasma outlet has a slit width changed from a center to an outer periphery of said partition plate.
【請求項8】 前記仕切り板は中心から外周へ向けてそ
の厚みを変化させてなる請求項1記載の表面処理装置。
8. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein the thickness of the partition plate is changed from the center to the outer periphery.
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