JP2005032805A - Microwave plasma processing method, microwave plasma processing equipment, and its plasma head - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、FPD(フラットパネル・ディスプレイ)用大型ガラス基板、ウエハ等の基板のマイクロ波プラズマ処理に用いるマイクロ波プラズマ処理方法、マイクロ波プラズマ処理装置及びそのプラズマヘッドに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、例えば、FPD用大型ガラス基板、ウエハ等の基板のマイクロ波プラズマCVD処理装置では、真空状態に保たれたロードロック室を経て、同じく所定の真空状態に維持されたマイクロ波プラズマCVD処理装置の処理室内にプラズマCVD処理を施す基板を搬入して枚葉式で所定のバッチ処理を行っていた。そのため、基板の処理室への搬入・搬出毎に処理室内の真空引き及び大気開放を行わなければならず、とくに複数の異った処理を基板に施す場合には、それぞれの処理は、隔離された複数の空間(処理室)を移動しながら、バッチ式で行わざるをえなかった。それ故、基板のCVD処理が連続的に行えず、また、高価な真空処理手段を必要としていた。
【0003】
そこで、このような真空処理手段を不要とし、かつ、インラインで連続的に大気圧下でプラズマCVD処理を行う技術が出現した。この常圧プラズマCVD技術では、真空を使わず大気圧のままで動作するプラズマ技術を用い、ウエーハ等の被処理物を連続的にCVD、エッチング、アッシング処理する。さらに、この常圧プラズマ技術では、ベルトコンベアのような循環式のウエハ搬送装置上にウエハを載置し、複数の常圧プラズマ装置により異った処理を流れ生産方式で行うようにしている。
【0004】
また、さらに、マイクロ波を用いて線状のプラズマを形成し、被処理物表面を前記線状プラズマに水平に保ちつつ、被処理物(例えば、ガラス基板)およびプラズマの相対位置を移動しつつ加工物の表面加工を行なうプラズマ加工装置(例えば、CVD装置)が提案されている(特許文献1参照)。
【0005】
通常、マイクロ波を用いたこの種の装置においては、マイクロ波発生源からの電磁波の漏洩を防止するために、例えば、電子レンジ等では、導波管との連結部のフランジにチョーク溝と称する電磁波の漏洩防止手段が設けられている。
【0006】
また、ラビリンス構造を用いて、例えば機器の軸封装置において、プロセスガス等の流体の漏洩を防止するものが広く用いられている(特許文献2参照)。
【0007】
さらに、プラズマ処理装置において、プラズマ発生部の外周にラビリンスシール部を形成し、このラビリンスシール部と被処理基板との間に不活性ガスを供給して処理後の廃ガスが漏洩して大気に放出されるのを防止するものがあった(特許文献3参照)。
〔特許文献1〕
特開2001−93871号公報(段落〔0078〕、〔0079〕及び図8)
〔特許文献2〕
特開2000−329097号公報(〔要約〕及び図1)
〔特許文献3〕
特開2003−51490号公報(〔要約〕及び図2)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のプラズマ処理装置では、プラズマ処理室内に電極が配設されていて、そこからマイクロ波が大量に放出・拡散されるにもかかわらず、プラズマ処理室内にマイクロ波が滞溜されていて、有効なマイクロ波の漏洩防止手段が採られていなかった。
【0009】
そのため、プラズマ処理装置のプラズマヘッドから容易にマイクロ波が漏洩し、とくに、複数のプラズマヘッドを並列して異った成膜処理を行う装置では、隣接して配設した別のプラズマヘッドに漏洩したマイクロ波が干渉し、所望の成膜処理ができず、また、作業者に対する安全上支障をきたしていた。
【0010】
そこで、本発明は、前述したような従来のプラズマ処理装置のもつ問題点に鑑みてなされたもので、プラズマヘッドと被処理基板との隙間から装置外へマイクロ波が漏洩しないように、プラズマヘッドの外周縁部にその全周にわたって漏洩防止構造体を設けたマイクロ波プラズマ処理方法、マイクロ波プラズマ処理装置及びそのプラズマヘッドを提供することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法、マイクロ波プラズマ処理装置及びそのプラズマへッドは、プラズマ処理装置のプラズマヘッドの被処理基板に対向した外周縁近傍に1個または複数個のマイクロ波漏洩防止構造体を設けてマイクロ波漏洩防止をする際、前記マイクロ波漏洩防止構造体を溝部から構成し、該溝部の深さdを、
d=(2n−1)1/4λ
ここで、λ:マイクロ波プラズマ処理に用いるマイクロ波の自由空間波長
n:整数
としたことを特徴としている。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて本発明のマイクロ波プラズマ処理方法、マイクロ波プラズマ処理装置及びそのプラズマヘッドの実施の形態を詳細に説明する。
【0013】
マイクロ波プラズマ処理方法及び装置
まず、図1と図2に示すように、本発明の一実施の形態であるマイクロ波プラズマCVD装置(以下、「本発明のCVD装置」という)1は、基板G(例えば、ガラス基板)をプラットホーム6aあるいは6bからロードロックモジュール2に搬入して、搬送アーム2aによりトランスファモジュール3を経て、そのロボットアーム3aによりプロセスモジュール4に搬入して、プラズマヘッド5によりプラズマ2の存在下で基板GにプラズマCVD処理をインラインで行うようになっている。とくに、プラズマヘッド5は、後述するように(図3参照)、複数の異った複数の成膜プロセスが実施できるように、異った成膜ガスを適用できる1基あるいは数基の同種のプラズマヘッドを並置・クラスタリングして構成されている。
【0014】
ここで、トランスファモジュール3から基板Gはロボットアーム3aにより搬出され、プロセスモジュール4内をガイドロール9bにより案内されて循環する無端式基板搬送機構9に配設された基板ステージ9a上に載置され、静電チャック(図示せず)等により固定されてプロセスモジュール4内を移動しつつ、プラズマヘッド5によりCVD処理され、CVD処理後の基板Gは、基板ステージ9aから離脱されてプロセスモジュール4の終端から次の処理工程へ搬出され、空となった基板ステージ9aは、無端式基板搬送機構9によりプロセスモジュール4の始端に戻るようになっている。また、無端式基板搬送機構9の下部には、ガスユニット7と冷却水ユニット8が配設してある。
【0015】
プラズマヘッド
また、本発明のCVD装置に用いるプラズマヘッド5は、図3に示すように、複数基、例えば3基5a,5b,5cを、隔離壁(図示なし)を介して並置し、異った成膜ガスにより異った成膜処理を基板ステージ9aに載置された基板Gに大気圧(常圧)下で施すように構成する。例えば、プラズマヘッド5aでは、Si3N4ガスによる成膜プロセスを、プラズマヘッド5bでは、a−Siガスによる成膜プロセスを、また、プラズマヘッド5cでは、n+Siガスによる成膜プロセスを施し、基板Gの表面に異った成膜層3層を形成する。
【0016】
ここで、このプラズマヘッド5の構成を詳細に説明すると、図4に示すように、プラズマヘッド5は、導波管51と、その下端に配設されたスペーサー53、スペーサー53が嵌入されるベースフランジ58、このベースフランジ58を保持するプラズマヘッド本体59と、からなり、導波管51との下端面と、スペーサー53の上端面の間にスロット板52が配設されている。さらに、スペーサー53とベースフランジ58にわたって均一化線路54が配設され、この均一化線路54の下面空間にプラズマ空間55が形成され、このプラズマ空間55に希釈ガスノズル56aから希釈ガスが、また、原料ガスノズル56bから原料ガスが供給され、それらの混合ガスが成膜ガスとして、基板ステージ9a上に載置された基板Gの表面に供給されて、所定の成膜が施されるようになっている。
【0017】
そして、プラズマ空間55から矢印に示す方向に漏洩するマイクロ波は、プラズマヘッド本体59の外周縁に形成した漏洩防止構造である溝60から90°位相を変換されて漏出し、他方直進するマイクロ波と干渉し、打消されて、プラズマヘッド5の外部に漏洩しない。ここで、この溝60の形状は、方形のプラズマヘッド本体59の外周縁に沿って形成した額縁状の溝等任意形状であってもよい。
【0018】
マイクロ波漏洩防止方法
次に、本発明のマイクロ波漏洩防止方法について説明する。図5に示すように、プラズマヘッド本体59の下部に配設され、連続して移動する基板ステージ9a上に載置された基板G(例えば、厚さ0.63−0.70mmのガラス基板)との間には、基板Gの移動を可能とするため隙間g(約2mm程度)が形成されている。そして、この隙間gから漏洩防止手段を施さないとマイクロ波が漏洩する。そこで、プラズマヘッド本体59の外周縁近傍に1ないし数個の溝60a,60bがその厚み(深さ)方向に形成されている。溝60a,60bの平面視形状は、全周にまたがった額縁状が好ましいが、マイクロ波漏洩防止機能をもつものであれば他の形状であってもよい。溝60a,60bの厚み方向の寸法(深さ)dは、マイクロ波の自由空間波長をλとすると、基本寸法を1/4λとし、その整数n(奇数)倍(1,3,5,7,…)として求められる。d=(2n−1)1/4λ。また、溝60a,60bの巾:wは、適当な寸法であってよい。
【0019】
ここで、本発明のマイクロ波漏洩防止方法の原理について説明すると、図7に示すように、プラズマヘッドのプラズマ空間から漏洩したマイクロ波のうち、プラズマヘッド本体59に形成した溝60に侵入したマイクロ波aは、溝60の底部で90°(位相変換)されて溝60の出口から漏出する。ここで、プラズマ空間から漏出して直進したマイクロ波bは、先のマイクロ波aと溝60の出口近傍で位相差が互いに打消されて消失し磁界が零となる。これにより、プラズマヘッドからのマイクロ波の漏洩が防止される。
【0020】
本発明者らの計算結果によると、図8に示すように、溝60a,60bを2個マイクロ波の漏洩方向に所定の間隔を保って並置した場合には、プラズマヘッドからのマイクロ波の透過漏洩率を0.0%、また溝60aを1個設けた場合には、透過漏洩率を0.03〜0.06%に保つことができることが判明した。
【0021】
【発明の効果】
本発明のマイクロ波プラズマ処理方法、マイクロ波プラズマ処理装置及びそのプラズマヘッドによれば、マイクロ波プラズマ処理装置のプラズマヘッドからのマイクロ波の漏洩を、漏洩防止溝の構造を適正化することで、ほぼ完全に防止できる。
【0022】
この結果、隣接するプラズマヘッドに他のプラズマヘッドからのマイクロ波が干渉することがなくなり、所定の成膜処理ができるようになるとともに、作業の安全性が十分確保できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロ波プラズマ処理装置の一実施の形態であるマイクロ波プラズマCVD装置の概念構成を示す正面図。
【図2】図1に示したマイクロ波プラズマCVD装置の平面図。
【図3】図1に示したマイクロ波プラズマCVD装置に用いるプラズマヘッドを3基並列してクラスタリングした装置の斜視図。
【図4】図1に示したマイクロ波プラズマCVD装置に用いるプラズマヘッドの縦断面図。
【図5】図4に示したプラズマヘッドのマイクロ波漏洩防止部の拡大縦断面図。
【図6】図4に示したプラズマヘッドにマイクロ波漏洩防止溝を額縁状に2個形成したものの平面図。
【図7】本発明のマイクロ波プラズマ処理方法において、プラズマヘッドに形成した溝から回析されたマイクロ波とプラズマ空間から漏洩したマイクロ波とが互いに打消し合って磁界が零となりマイクロ波の漏洩が防止される原理を示す概念図。
【図8】図4に示したプラズマヘッドにマイクロ波漏洩防止溝を2個設けた装置の概念斜視図。
【符号の説明】
1 マイクロ波プラズマCVD装置
2 ロードロックモジュール
3 トランスファモジュール
4 プロセスモジュール
5 プラズマヘッド
6 被処理基板搬入プラットホーム
7 ガスユニット
8 冷却水ユニット
9a 基板ステージ
51 導波管
52 スロット板
53 スペーサー
54 均一化線路
55 プラズマ空間
56a 希釈ガスノズル
56b 原料ガスノズル
57a,57b ガス排気管
58 ベースフランジ
59 プラズマヘッド本体
60 マイクロ波漏洩防止用構造体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microwave plasma processing method, a microwave plasma processing apparatus, and a plasma head thereof used for microwave plasma processing of a substrate such as a large glass substrate or a wafer for FPD (flat panel display).
[0002]
[Prior art]
Conventionally, for example, in a microwave plasma CVD processing apparatus for a substrate such as a large glass substrate for FPD or a wafer, the microwave plasma CVD processing apparatus is also maintained in a predetermined vacuum state through a load lock chamber maintained in a vacuum state. A substrate to be subjected to plasma CVD processing was carried into the processing chamber and a predetermined batch processing was performed in a single wafer type. Therefore, each time the substrate is loaded into or unloaded from the processing chamber, the processing chamber must be evacuated and opened to the atmosphere. Especially when a plurality of different processing is performed on the substrate, each processing is isolated. In addition, it was necessary to carry out batch processing while moving through multiple spaces (processing chambers). Therefore, the CVD process for the substrate cannot be performed continuously, and an expensive vacuum processing means is required.
[0003]
Thus, a technique has been developed that eliminates the need for such a vacuum processing means and performs plasma CVD processing continuously in-line at atmospheric pressure. In this atmospheric pressure plasma CVD technique, a plasma technique that operates at atmospheric pressure without using a vacuum is used, and a workpiece such as a wafer is continuously subjected to CVD, etching, and ashing. Further, in this atmospheric pressure plasma technology, a wafer is placed on a circulating wafer transfer device such as a belt conveyor, and different processes are performed by a plurality of atmospheric pressure plasma devices in a flow production system.
[0004]
Further, a linear plasma is formed using microwaves, and the relative position between the object to be processed (for example, a glass substrate) and the plasma is moved while the surface of the object to be processed is kept horizontal to the linear plasma. A plasma processing apparatus (for example, a CVD apparatus) that performs surface processing of a workpiece has been proposed (see Patent Document 1).
[0005]
Usually, in this type of apparatus using microwaves, in order to prevent leakage of electromagnetic waves from a microwave generation source, for example, in a microwave oven, a flange of a connecting portion with a waveguide is referred to as a choke groove. Means for preventing leakage of electromagnetic waves is provided.
[0006]
In addition, using a labyrinth structure, for example, a device for preventing leakage of a fluid such as process gas is widely used in a shaft seal device of an apparatus (see Patent Document 2).
[0007]
Further, in the plasma processing apparatus, a labyrinth seal portion is formed on the outer periphery of the plasma generation portion, an inert gas is supplied between the labyrinth seal portion and the substrate to be processed, and waste gas after processing leaks to the atmosphere. Some of them were prevented from being released (see Patent Document 3).
[Patent Document 1]
JP 2001-93871 A (paragraphs [0078], [0079] and FIG. 8)
[Patent Document 2]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-329097 ([Summary] and FIG. 1)
[Patent Document 3]
JP 2003-51490 A ([Summary] and FIG. 2)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a conventional plasma processing apparatus, although the electrodes are disposed in the plasma processing chamber and a large amount of microwaves are emitted and diffused therefrom, the microwaves are accumulated in the plasma processing chamber. Therefore, effective microwave leakage prevention means has not been adopted.
[0009]
For this reason, microwaves easily leak from the plasma head of the plasma processing apparatus, and particularly in an apparatus that performs different film forming processes in parallel with a plurality of plasma heads, it leaks to another adjacent plasma head. The microwaves interfered with each other, making it impossible to perform a desired film formation process, and causing a safety problem for workers.
[0010]
Therefore, the present invention has been made in view of the problems of the conventional plasma processing apparatus as described above, so that the microwave does not leak out of the apparatus through the gap between the plasma head and the substrate to be processed. It is an object of the present invention to provide a microwave plasma processing method, a microwave plasma processing apparatus, and a plasma head thereof, in which a leakage prevention structure is provided on the outer peripheral edge of the entire outer periphery.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A microwave plasma processing method, a microwave plasma processing apparatus, and a plasma head thereof according to the present invention include one or a plurality of microwave leakage prevention structures in the vicinity of an outer peripheral edge of the plasma head of the plasma processing apparatus facing a substrate to be processed. When microwave leakage prevention is provided by providing a body, the microwave leakage prevention structure is composed of a groove portion, and the depth d of the groove portion is
d = (2n−1) 1 / 4λ
Here, λ is the free space wavelength of the microwave used for the microwave plasma processing, and n is an integer.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of a microwave plasma processing method, a microwave plasma processing apparatus, and a plasma head thereof according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
[0013]
Microwave plasma processing method and apparatus First, as shown in Fig. 1 and Fig. 2, a microwave plasma CVD apparatus (hereinafter referred to as "CVD apparatus of the present invention") 1 according to an embodiment of the present invention. The substrate G (for example, a glass substrate) is loaded into the load lock module 2 from the
[0014]
Here, the substrate G is transferred from the
[0015]
Plasma head Further , as shown in FIG. 3, the
[0016]
Here, the configuration of the
[0017]
The microwave leaking from the
[0018]
Microwave leakage prevention method Next, the microwave leakage prevention method of the present invention will be described. As shown in FIG. 5, a substrate G (for example, a glass substrate having a thickness of 0.63 to 0.70 mm) placed on a
[0019]
Here, the principle of the microwave leakage prevention method of the present invention will be described. As shown in FIG. 7, among the microwaves leaked from the plasma space of the plasma head, the micros that have entered the
[0020]
According to the calculation results of the present inventors, as shown in FIG. 8, when two
[0021]
【The invention's effect】
According to the microwave plasma processing method, the microwave plasma processing apparatus and the plasma head of the present invention, the leakage of the microwave from the plasma head of the microwave plasma processing apparatus is optimized by the structure of the leakage prevention groove. It can be almost completely prevented.
[0022]
As a result, microwaves from other plasma heads do not interfere with adjacent plasma heads, and a predetermined film forming process can be performed, and work safety can be sufficiently secured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view showing a conceptual configuration of a microwave plasma CVD apparatus which is an embodiment of a microwave plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is a perspective view of an apparatus in which three plasma heads used in the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG. 1 are clustered in parallel.
4 is a longitudinal sectional view of a plasma head used in the microwave plasma CVD apparatus shown in FIG.
5 is an enlarged longitudinal sectional view of a microwave leakage prevention portion of the plasma head shown in FIG.
6 is a plan view of the plasma head shown in FIG. 4 in which two microwave leakage prevention grooves are formed in a frame shape. FIG.
FIG. 7 shows a microwave plasma processing method according to the present invention in which a microwave diffracted from a groove formed in a plasma head and a microwave leaked from a plasma space cancel each other, the magnetic field becomes zero, and the microwave leaks. The conceptual diagram which shows the principle by which the prevention is prevented.
8 is a conceptual perspective view of an apparatus in which two microwave leakage prevention grooves are provided in the plasma head shown in FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microwave plasma CVD apparatus 2
Claims (10)
d=(2n−1)1/4λ
ここで、λ:マイクロ波プラズマ処理に用いるマイクロ波の自由空間波長
n:整数
としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理方法。A microwave plasma processing method, wherein one or a plurality of microwave leakage prevention structures are provided in the vicinity of an outer peripheral edge of a plasma head of a microwave plasma processing apparatus facing a substrate to be processed, and the microwave leakage prevention structure Is formed from a groove, and the depth d of the groove is
d = (2n−1) 1 / 4λ
Here, λ: a microwave free space wavelength used for microwave plasma processing, n: an integer, characterized in that the microwave plasma processing method.
d=(2n−1)1/4λ
ここで、λ:マイクロ波プラズマ処理に用いるマイクロ波の自由空間波長
n:整数
としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ処理装置。In the microwave plasma processing apparatus, a microwave leakage prevention structure including one or a plurality of grooves is provided in the vicinity of the outer peripheral edge of the plasma head of the microwave plasma processing apparatus facing the substrate to be processed, and the depth of the grooves d
d = (2n−1) 1 / 4λ
Here, λ: a microwave free space wavelength used for the microwave plasma processing, n: an integer, a microwave plasma processing apparatus.
d=(2n−1)1/4λ
ここで、λ:マイクロ波プラズマ処理に用いるマイクロ波の自由空間波長
n:整数
としたことを特徴とするプラズマヘッド。A microwave leakage prevention structure including one or a plurality of grooves is provided in the vicinity of the outer peripheral edge of the plasma head of the microwave plasma processing apparatus facing the substrate to be processed.
d = (2n−1) 1 / 4λ
Here, λ: a microwave free space wavelength used for microwave plasma processing, n: an integer, a plasma head.
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