JP2005203209A - Gas activation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technology to effectively improve gas activation efficiency in a gas activation device which forms and utilizes plasma by an induction coupling method. <P>SOLUTION: Gas is supplied into an electric discharge tube 1 by a gas supply system 2, high frequency electric power is applied by a high frequency electric power application mechanism, and an induction coupling plasma is formed. The gas is activated in the discharge tube 1 by the plasma. A flow amount regulation fixture 4 coaxial with the discharge tube 1 enables gas to flow more in the peripheral part in which the activation efficiency is higher compared with that in the center part in the discharge tube 1. The flow amount regulation fixture 4 is made of an inductor or of a conductor insulated from the ground, and cooled down when a refrigerant is supplied. A magnetic field is set between a tube wall of the discharge tube 1 and the flow amount regulation fixture 4 by a magnet, and movement of an electron going toward respective wall faces is suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本願の発明は、プラズマを利用してガスを活性化させるガス活性化装置に関するものである。   The invention of the present application relates to a gas activation device that activates gas using plasma.

プラズマによるガスの活性化は、産業の各分野で様々な応用がされている。例えば、各種電子デバイス、各種ディスプレイ装置等の製造では、プラズマ中で活性化させたガスを利用して基板に対して各種表面処理を行っている。プラズマ中の気相反応を利用して薄膜を作成するプラズマＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition)、プラズマ中で生じた活性種やイオンの作用を利用してエッチングを行うプラズマエッチング等である。   Gas activation by plasma has various applications in various industrial fields. For example, in the manufacture of various electronic devices, various display devices, etc., various surface treatments are performed on a substrate using a gas activated in plasma. These include plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) in which a thin film is formed by using a gas phase reaction in plasma, plasma etching in which etching is performed by using the action of active species and ions generated in plasma.

このようなガス活性化に用いられるプラズマの一つのタイプとして、誘導結合プラズマが知られている。誘導結合プラズマは、高周波電力を利用して生成したプラズマの一種であり、プラズマと高周波電極とが誘導性結合している。誘導結合プラズマ方式は、プラズマ中に流れる誘導電流により高密度プラズマの生成が可能であり、ガスを高効率で活性化させることができるため、ガス活性化装置に適している。   As one type of plasma used for such gas activation, inductively coupled plasma is known. Inductively coupled plasma is a type of plasma generated using high frequency power, and the plasma and the high frequency electrode are inductively coupled. The inductively coupled plasma method is suitable for a gas activation device because it can generate high-density plasma by an induced current flowing in the plasma and can activate a gas with high efficiency.

図９は、誘導結合プラズマ方式を採用した従来例のガス活性化装置の正面断面概略図である。図９に示す装置は、前述したような表面処理に用いられるものであり、表面処理システムに搭載されている。この装置は、内部で気体放電によりプラズマが生成される放電管１と、放電管１にガスを供給するガス供給系２と、放電管１内のガスに高周波電力を印加する高周波電力印加機構とから主に構成されている。高周波電力印加機構は、放電管１の周囲に設けられたアンテナ３１と、アンテナ３１に高周波電流を供給して放電管１内に高周波磁界を誘起する高周波電源３２と、高周波電源３２とアンテナ３１と間の回路上に設けられた整合器３３とから主に構成されている。   FIG. 9 is a schematic front sectional view of a conventional gas activation apparatus employing an inductively coupled plasma method. The apparatus shown in FIG. 9 is used for the surface treatment as described above, and is mounted on the surface treatment system. The apparatus includes a discharge tube 1 in which plasma is generated by gas discharge therein, a gas supply system 2 that supplies gas to the discharge tube 1, and a high-frequency power application mechanism that applies high-frequency power to the gas in the discharge tube 1. Consists mainly of. The high frequency power application mechanism includes an antenna 31 provided around the discharge tube 1, a high frequency power source 32 that supplies a high frequency current to the antenna 31 to induce a high frequency magnetic field in the discharge tube 1, a high frequency power source 32, and an antenna 31. It is mainly comprised from the matching device 33 provided on the circuit between.

放電管１内には、プラズマ化していないガス（中性ガス分子）が次々に供給されるが、中性ガス分子には、高周波磁界により誘起された高周波電界で加速されたプラズマ中の電子が衝突する。衝突により、ガス分子の解離、励起等が生じ、基底状態のガス分子とは異なる化学的に活性な種が生まれる。放電管１の下端開口は、処理チャンバー５に接続されている。処理チャンバー５内には、表面処理を行う基板１０が配置されている。解離、励起等により生成された活性種は、処理チャンバー５内に進入し、基板１０に達して表面処理に利用される。尚、本願発明における「解離」の用語は、広い意味を持つものであり、イオン化、分解の双方を含む。つまり、イオン化のみの現象でも「解離」と言い得るし、電気的には中性な分子又は原子に分解される現象も「解離」と言い得る。
特許第３４２６３８２号公報 特開２０００−１３３４９８号公報 In the discharge tube 1, non-plasmaized gas (neutral gas molecules) is supplied one after another, and electrons in the plasma accelerated by a high-frequency electric field induced by a high-frequency magnetic field are supplied to the neutral gas molecules. collide. The collision causes dissociation, excitation, and the like of the gas molecule, and a chemically active species different from the ground state gas molecule is generated. The lower end opening of the discharge tube 1 is connected to the processing chamber 5. A substrate 10 that performs surface treatment is disposed in the processing chamber 5. Active species generated by dissociation, excitation, etc. enter the processing chamber 5 and reach the substrate 10 to be used for surface treatment. The term “dissociation” in the present invention has a broad meaning and includes both ionization and decomposition. That is, even a phenomenon of ionization alone can be referred to as “dissociation”, and a phenomenon of being decomposed into electrically neutral molecules or atoms can also be referred to as “dissociation”.
Japanese Patent No. 3426382 JP 2000-133498 A

ガス活性化効率を上げるには、電子密度を高くすること、即ちプラズマ密度を高くすることが必要で、一般的には、圧力が高い方が高密度プラズマとなり易い。しかし、高い圧力にするとプラズマが局在化し易くなり、誘導結合プラズマ源においては、放電管内の周辺部よりも中央部で低濃度のプラズマとなる。このため、上述したようなガス活性化装置では、放電管１内のガスの流れとの関係から、圧力を高くしてもあまり活性種の密度が増加しないという課題がある。この点について、図１０を使用して説明する。図１０は、図９に示すような従来のガス活性化装置において、ガス圧とプラズマ密度との関係について示した図である。   In order to increase the gas activation efficiency, it is necessary to increase the electron density, that is, to increase the plasma density. Generally, the higher the pressure, the more easily the high-density plasma. However, when the pressure is increased, the plasma is likely to be localized, and in the inductively coupled plasma source, the plasma is at a lower concentration in the central portion than in the peripheral portion in the discharge tube. For this reason, in the gas activation apparatus as described above, there is a problem that the density of active species does not increase so much even if the pressure is increased due to the relationship with the gas flow in the discharge tube 1. This point will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the gas pressure and the plasma density in the conventional gas activation apparatus as shown in FIG.

放電管１内に流れるガスの流速は、周知のように、放電管１の中央部分において大きく、周辺部分において小さい（図１０（１））。従って、中央部分を通って流れるガス分子の量は多く、周辺部分を通って流れるガス分子の量は少ない。この傾向は、図１０（１）に示すようにガスの流れが層流である場合に顕著である。
一方、図１０（３）（４）に示すように、誘導結合によって放電管１内にプラズマを生成した場合、管軸に垂直な面内でのプラズマ密度分布は、圧力によって異なってくる。圧力が高い場合には、プラズマシースが狭く、周辺部で高い誘導電流が流れるため、図１０（３）に示すように周辺部のプラズマ密度が高くなる。つまり、周辺部で活性化効率が高く、中央部で低くなる。一方、圧力が低くなると、平均自由行程が長くなってプラズマシースが広くなる。このため、電子は放電管１の中央付近まで移動可能になり、従って、図１０（４）に示すように、多くの中性ガス分子が供給される中央部でプラズマ密度が高くなる。尚、本明細書において、「管軸」とは、管の長さ方向（管が延びる方向）に垂直な面における管の中心を通り、長さ方向に沿った線を意味する。 As is well known, the flow velocity of the gas flowing in the discharge tube 1 is large in the central portion of the discharge tube 1 and small in the peripheral portion (FIG. 10 (1)). Therefore, the amount of gas molecules flowing through the central portion is large, and the amount of gas molecules flowing through the peripheral portion is small. This tendency is remarkable when the gas flow is laminar as shown in FIG.
On the other hand, as shown in FIGS. 10 (3) and 10 (4), when plasma is generated in the discharge tube 1 by inductive coupling, the plasma density distribution in a plane perpendicular to the tube axis varies depending on the pressure. When the pressure is high, the plasma sheath is narrow and a high induced current flows in the peripheral portion, so that the plasma density in the peripheral portion becomes high as shown in FIG. That is, the activation efficiency is high in the peripheral portion and low in the central portion. On the other hand, when the pressure is lowered, the mean free path becomes longer and the plasma sheath becomes wider. For this reason, the electrons can move to the vicinity of the center of the discharge tube 1, and therefore the plasma density becomes high at the center where many neutral gas molecules are supplied as shown in FIG. 10 (4). In the present specification, the “tube axis” means a line along the length direction passing through the center of the tube in a plane perpendicular to the length direction of the tube (the direction in which the tube extends).

上記説明から解るように、従来のガス活性化装置では、放電管１内の圧力を高くしても、多くのガス分子がプラズマ密度が相対的に低い中央部を通過してしまうため、最終的な活性化効率は高くならないという課題がある。逆に、活性化効率が低い中央部を多くのガス分子が通過してしまうので、得ようとしている活性種が充分に得られず、ガスの消費量ばかりが多くなってしまう。
尚、このようなプラズマ密度分布の逆転現象は、放電管１の内径にもよるが、実用的に用いられるガス活性化装置において実用的に用いられる範囲の寸法（例えば直径７ｃｍ）では、１００Ｐａ程度を境にして生じると考えられる。 As can be seen from the above description, in the conventional gas activation device, even if the pressure in the discharge tube 1 is increased, many gas molecules pass through the central portion where the plasma density is relatively low. There is a problem that the activation efficiency is not high. On the other hand, since many gas molecules pass through the central part where the activation efficiency is low, the active species to be obtained cannot be obtained sufficiently, and only the amount of gas consumption increases.
Such a reversal phenomenon of the plasma density distribution depends on the inner diameter of the discharge tube 1, but is about 100 Pa in a practically used dimension (for example, a diameter of 7 cm) in a practically used gas activation device. It is thought that it occurs at the boundary.

本願の発明は、上記課題を解決するために成されたものであり、誘導結合方式でプラズマを生成して利用するガス活性化装置において、ガス活性化効率を効果的に高めることのできる技術を提供するものである。   The invention of the present application has been made to solve the above-described problems, and in a gas activation apparatus that generates and uses plasma by an inductive coupling method, a technique that can effectively increase the gas activation efficiency. It is to provide.

上記課題を解決するため、本願の請求項１記載の発明は、放電管と、放電管内にガスを供給するガス供給系と、放電管内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを生成する高周波電力印加機構とを備え、プラズマによって放電管内でガスを活性化させるガス活性化装置であって、
放電管内において中央部に比べて周辺部におけるガス流量が多くなるようにする流量規制具が放電管内に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項２記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記流量規制具は、放電管の軸に沿って延びる形状であって放電管と同軸に設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項３記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記流量規制具は、放電管の中央部におけるガスの流量をゼロとする棒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項４記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記流量規制具内に冷媒を供給して前記流量規制具を冷却する冷却系が設けられているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項５記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記流量規制具は、放電管内に中央流路と外側流路とを設定する筒状であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項６記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記放電管の管壁と前記流量規制具との間に磁界を設定する磁石が設けられており、この磁石は、磁界を設けないときの放電管の壁面及び流量規制具の壁面への電子の飛行経路に交差する方向に磁力線を設定して各壁面に向かう電子の運動を抑制するものであるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項７記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記流量規制具は、誘電体製又はアースから絶縁された導体製であるという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項８記載の発明は、前記請求項６又は７の構成において、前記放電管の一端開口には、アースから絶縁された端板が設けられており、端板と放電管との間には、ガスが流れる隙間が形成されているという構成を有する。
また、上記課題を解決するため、請求項９記載の発明は、前記請求項１の構成において、前記放電管は、活性化させたガスにより処理される基板が内部に配置された処理チャンバーに接続されており、前記放電管と処理チャンバーとの境界部分には、コンダクタンスを小さくして調整するコンダクタンス調整具が設けられているという構成を有する。 In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 1 of the present application generates an inductively coupled plasma by applying a high frequency power to a discharge tube, a gas supply system for supplying a gas into the discharge tube, and a gas within the discharge tube. A gas activation device comprising a high-frequency power application mechanism and activating gas in a discharge tube by plasma,
The discharge tube has a configuration in which a flow rate restricting tool is provided in the discharge tube so that the gas flow rate in the peripheral portion is larger than that in the central portion.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 2 is the configuration according to claim 1, wherein the flow restrictor has a shape extending along the axis of the discharge tube and is provided coaxially with the discharge tube. It has the composition of being.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 3 is the structure according to claim 1, wherein the flow restrictor is in the shape of a rod in which the gas flow rate in the central portion of the discharge tube is zero. Have.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 4 is the configuration according to claim 1, wherein a cooling system is provided for cooling the flow rate regulator by supplying a refrigerant into the flow rate regulator. It has the structure of.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 5 is that, in the configuration of claim 1, the flow restrictor is a cylindrical shape that sets a central flow path and an outer flow path in the discharge tube. It has a configuration.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 6 is the configuration according to claim 1, wherein a magnet for setting a magnetic field is provided between a tube wall of the discharge tube and the flow restrictor. This magnet suppresses the movement of electrons toward each wall surface by setting magnetic field lines in a direction intersecting the flight path of electrons to the wall surface of the discharge tube and the wall surface of the flow restrictor when no magnetic field is provided. It has the structure of.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 7 has a configuration in which the flow restrictor is made of a dielectric or a conductor insulated from the ground.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 8 is the structure according to claim 6 or 7, wherein an end plate insulated from ground is provided at one end opening of the discharge tube. A gap in which a gas flows is formed between the plate and the discharge tube.
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 9 is the configuration according to claim 1, wherein the discharge tube is connected to a processing chamber in which a substrate to be processed by an activated gas is disposed. In addition, a conductance adjuster that adjusts the conductance by reducing the conductance is provided at the boundary between the discharge tube and the processing chamber.

以下に説明する通り、本願の請求項１記載の発明によれば、高い誘導電流が流れ易い放電管内の周辺部にガスが多く流れるので、プラズマの中で生ずる活性種の密度を効果的に高くすることが可能であり、全体の活性化効率を効果的に高めることができる。
また、請求項２記載の発明によれば、上記効果に加え、流量規制具が放電管と同軸であるので、流量規制具によって形成される流路も同軸となる。このため、均一なガスの流れが形成される。
また、請求項３記載の発明によれば、放電管の中央部でのガスの流れがゼロになるので、上記効果がさらに高まる。
また、請求項４記載の発明によれば、上記効果に加え、流量規制具が冷却されるので、流量規制具の熱的損傷が防止される。
また、請求項５記載の発明によれば、上記効果に加え、中央流路と周辺流路で活性化度に差を付けながらガスを活性化させる場合に最適な構成となる。
また、請求項６記載の発明によれば、上記効果に加え、磁石の作用によりさらに高密度のプラズマを得ることができ、さらに効率良くガスの活性化を行うことができる。
また、請求項７記載の発明によれば、上記効果に加え、流量規制具にアースを通した誘導電流が流れることはなく、電力ロスが生じない。
また、請求項８記載の発明によれば、上記効果に加え、端板により電子の拡散が抑制されるので、放電管内のプラズマをより高密度にすることができる。
また、請求項９記載の発明によれば、上記効果に加え、放電管内の圧力を処理チャンバー内よりも高い適切な値にすることができるので、さらに高密度のプラズマ生成しながら、処理チャンバー内の圧力を低く維持することができる。 As described below, according to the invention described in claim 1 of the present application, since a large amount of gas flows in the periphery of the discharge tube in which a high induced current easily flows, the density of active species generated in the plasma is effectively increased. It is possible to increase the overall activation efficiency effectively.
Further, according to the second aspect of the invention, in addition to the above effect, the flow restrictor is coaxial with the discharge tube, so the flow path formed by the flow restrictor is also coaxial. For this reason, a uniform gas flow is formed.
According to the invention described in claim 3, since the gas flow at the center of the discharge tube becomes zero, the above effect is further enhanced.
According to the invention described in claim 4, in addition to the above effect, the flow restrictor is cooled, so that thermal damage to the flow restrictor is prevented.
Further, according to the invention described in claim 5, in addition to the above effect, the configuration is optimum when the gas is activated while making a difference in activation degree between the central channel and the peripheral channel.
Further, according to the invention described in claim 6, in addition to the above effect, a higher density plasma can be obtained by the action of the magnet, and the gas can be activated more efficiently.
According to the seventh aspect of the present invention, in addition to the above effect, an induced current passing through the ground does not flow through the flow restrictor, and no power loss occurs.
According to the eighth aspect of the invention, in addition to the above effect, the end plate suppresses the diffusion of electrons, so that the plasma in the discharge tube can be made denser.
Further, according to the ninth aspect of the invention, in addition to the above effect, the pressure in the discharge tube can be set to an appropriate value higher than that in the processing chamber. Can be kept low.

以下、本願発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態）について説明する。
図１は、第一の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。図１に示すガス活性化装置は、図９に示す装置と同様、内部で気体放電によりプラズマが生成される放電管１と、放電管１にガスを供給するガス供給系２と、放電管１内のガスに高周波電力を印加する高周波電力印加機構とから主に構成されている。高周波電力印加機構は、アンテナ３１と、アンテナ３１に高周波電流を供給して放電管１内に高周波磁界を誘起する高周波電源３２と、高周波電源３２とアンテナ３１と間の回路上に設けられた整合器３３とから主に構成されている。 The best mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described below.
FIG. 1 is a schematic front sectional view of the gas activation device of the first embodiment. As in the apparatus shown in FIG. 9, the gas activation device shown in FIG. 1 includes a discharge tube 1 in which plasma is generated by gas discharge therein, a gas supply system 2 that supplies gas to the discharge tube 1, and a discharge tube 1. It is mainly comprised from the high frequency electric power application mechanism which applies high frequency electric power to the inside gas. The high frequency power application mechanism includes an antenna 31, a high frequency power source 32 that supplies a high frequency current to the antenna 31 to induce a high frequency magnetic field in the discharge tube 1, and a matching provided on a circuit between the high frequency power source 32 and the antenna 31. It is mainly composed of the device 33.

放電管１は円筒形であり、図１に示すように上下方向に延びるよう設けられている。放電管１は、上端が細く絞られており、そこにガス供給系２が接続されている。ガス供給系２は、供給するガスを溜めたボンベ、ボンベと放電管１とをつなぐ配管、配管上に設けたバルブ、流量調整器、フィルタ等から構成されている。
放電管１は、石英ガラスのような誘電体製である。アンテナ３１は、本実施形態ではコイル状である。 The discharge tube 1 has a cylindrical shape and is provided so as to extend in the vertical direction as shown in FIG. An upper end of the discharge tube 1 is narrowed and a gas supply system 2 is connected thereto. The gas supply system 2 is composed of a cylinder storing the supplied gas, a pipe connecting the cylinder and the discharge tube 1, a valve provided on the pipe, a flow rate regulator, a filter, and the like.
The discharge tube 1 is made of a dielectric material such as quartz glass. The antenna 31 is coiled in this embodiment.

高周波電源３２としては、数１００ｋＨｚから数１０ＭＨｚの範囲の任意の周波数のものが用いられる。出力は、放電管１の内径、放電管１内の圧力等に応じて適宜決定される。尚、コイル状のアンテナ３１の巻き数は、０．５〜数十程度であり、高周波の周波数に応じた最適巻き数が実験的に定められる。例えば１３．５６ＭＨｚの場合、巻き数は１〜５の範囲である。   As the high-frequency power source 32, one having an arbitrary frequency in the range of several hundred kHz to several tens of MHz is used. The output is appropriately determined according to the inner diameter of the discharge tube 1, the pressure in the discharge tube 1, and the like. The number of turns of the coiled antenna 31 is about 0.5 to several tens, and the optimum number of turns according to the frequency of the high frequency is experimentally determined. For example, in the case of 13.56 MHz, the number of turns ranges from 1 to 5.

本実施形態のガス活性化装置の大きな特徴点は、放電管１内において中央部に比べて周辺部におけるガス流量が多くなるようにする流量規制具４が設けられている点である。流量規制具４は、本実施形態では、放電管１の中央に設けられた棒状であり、中央部でのガス流量をゼロにするものである。流量規制具４は、丸棒即ち断面が円形の棒状であり、放電管１と同軸であって軸方向に延びている。流量規制具４も、石英ガラスのような誘電体製である。流量規制具４の上端は半球状となっているが、円錐状に形成される場合もある。流量規制具４は、放電管１の下端と同じ位置まで延びている。   A major feature of the gas activation device of the present embodiment is that a flow rate regulator 4 is provided in the discharge tube 1 so as to increase the gas flow rate in the peripheral portion as compared with the central portion. In the present embodiment, the flow restrictor 4 is a rod provided at the center of the discharge tube 1, and makes the gas flow rate at the center zero. The flow restrictor 4 is a round bar, that is, a bar having a circular cross section, is coaxial with the discharge tube 1 and extends in the axial direction. The flow restrictor 4 is also made of a dielectric such as quartz glass. The upper end of the flow restrictor 4 is hemispherical, but may be formed in a conical shape. The flow restrictor 4 extends to the same position as the lower end of the discharge tube 1.

図１に示すガス活性化装置は、図９に示す装置と同様に表面処理システムに搭載されている。表面処理システムは、気密な真空チャンバーである処理チャンバー５と、処理チャンバー５内を排気する排気系５１と、処理チャンバー５内の所定位置に処理対象である基板１０を保持する基板ホルダー６とを備えている。尚、処理チャンバー５は、上壁部に開口を有しており、この開口に放電管１の下端が気密に嵌め込まれている。   The gas activation apparatus shown in FIG. 1 is mounted on the surface treatment system in the same manner as the apparatus shown in FIG. The surface processing system includes a processing chamber 5 that is an airtight vacuum chamber, an exhaust system 51 that exhausts the inside of the processing chamber 5, and a substrate holder 6 that holds a substrate 10 to be processed at a predetermined position in the processing chamber 5. I have. The processing chamber 5 has an opening in the upper wall portion, and the lower end of the discharge tube 1 is fitted in the opening in an airtight manner.

図１において、高周波電源３２を動作させた状態でガス供給系２がガスを放電管１内に供給する。供給されたガスは、放電管１内を流れるが、この際、アンテナ３１に供給された高周波電流によって放電管１内に高周波磁界が誘起され、この高周波磁界により誘起された高周波電界により放電管１内に放電が生じ、ガスがプラズマ化する。プラズマ中で生じた活性種は、処理チャンバー５内に進入し、基板１０に達して表面処理に利用される。尚、基板１０は、放電管１と同軸の位置に保持されるようになっている。これは、放電管１から送られる活性種の基板１０上での分布を均一にし、処理を均一にするためである。   In FIG. 1, the gas supply system 2 supplies gas into the discharge tube 1 with the high frequency power supply 32 being operated. The supplied gas flows in the discharge tube 1. At this time, a high frequency magnetic field is induced in the discharge tube 1 by the high frequency current supplied to the antenna 31, and the discharge tube 1 is generated by the high frequency electric field induced by the high frequency magnetic field. Discharge occurs in the gas, and the gas is turned into plasma. Active species generated in the plasma enter the processing chamber 5 and reach the substrate 10 to be used for surface treatment. The substrate 10 is held at a position coaxial with the discharge tube 1. This is because the distribution of the active species sent from the discharge tube 1 on the substrate 10 is made uniform and the processing is made uniform.

上記構成及び動作に係る本実施形態のガス活性化装置は、流量規制具４の作用によりガス活性化効率が上昇している。以下、この点について説明する。
図２は、放電管１内のガスの流速分布を概略的に示した図である。放電管１内のガス流速分布は、ガスの流れが層硫か乱流かによって若干異なる。層流の場合、図２（１）に示すように、管軸方向に凸となる放物線を描く。乱流の場合、図２（２）に示すように、流路の端部では低くなるもののほぼ均一な速度分布となる。層流となるか乱流となるかは、ガスの圧力、流速、流路の形状等による。いずれにしても、本実施形態によれば、ガスは、放電管１の中央部には流れず、活性化効率の高い周辺部のみを流れる。このため、全体の活性化効率（全体のガス供給量に対する活性化量）を高くできる。 In the gas activation device according to the present embodiment related to the above configuration and operation, the gas activation efficiency is increased by the action of the flow restrictor 4. Hereinafter, this point will be described.
FIG. 2 is a diagram schematically showing the flow velocity distribution of the gas in the discharge tube 1. The gas flow velocity distribution in the discharge tube 1 is slightly different depending on whether the gas flow is laminar or turbulent. In the case of laminar flow, as shown in FIG. 2 (1), a parabola that is convex in the tube axis direction is drawn. In the case of turbulent flow, as shown in FIG. 2 (2), although it becomes low at the end of the flow path, it has a substantially uniform velocity distribution. Whether the flow is laminar or turbulent depends on the gas pressure, the flow velocity, the shape of the flow path, and the like. In any case, according to the present embodiment, the gas does not flow in the central portion of the discharge tube 1 but flows only in the peripheral portion with high activation efficiency. For this reason, the overall activation efficiency (activation amount relative to the total gas supply amount) can be increased.

圧力によってプラズマ密度分布がどう異なるかについて、図３を使用して説明する。図３は、図１に示す実施形態における圧力と放電管１内のプラズマ密度分布との関係を示したものである。この実施形態では、流量規制具４によって放電管１の中央部にはガスが流れなくなっている。従って、図３に示すように、圧力が低い場合にはプラズマ密度は低くなるものの、基本的には同様の形状の分布となる。従って、適切な値に圧力を高めることで効果的にプラズマ密度を高くすることが可能であり、全体の活性化効率を効果的に高めることができる。   How the plasma density distribution varies depending on the pressure will be described with reference to FIG. FIG. 3 shows the relationship between the pressure and the plasma density distribution in the discharge tube 1 in the embodiment shown in FIG. In this embodiment, the flow restrictor 4 prevents gas from flowing into the central portion of the discharge tube 1. Therefore, as shown in FIG. 3, when the pressure is low, the plasma density is low, but basically the distribution has the same shape. Therefore, it is possible to effectively increase the plasma density by increasing the pressure to an appropriate value, and the overall activation efficiency can be effectively increased.

次に、構成がさらに最適化された第二の実施形態のガス活性化装置について、図４を使用して説明する。図４は、第二の実施形態のガス活性化装置の主要部の正面断面概略図である。この実施形態では、流量規制具４を冷却する冷却系７が設けられており、流量規制具４の取付構造が最適化されている。   Next, a gas activation device according to a second embodiment having a further optimized configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic front sectional view of the main part of the gas activation device of the second embodiment. In this embodiment, a cooling system 7 for cooling the flow restrictor 4 is provided, and the mounting structure of the flow restrictor 4 is optimized.

まず、放電管１は上端部分がフランジ状となっており、その上にガス導入板２１が設けられている。ガス導入板２１は、放電管１に対して気密に取り付けられている。ガス導入板２１は、中央に円形の開口を有している。そして、開口の縁に沿って水平方向に周状に溝２１１が形成されている。ガス導入板２１は、この溝２１１と外側面とを連通させるようにして設けられた第一のガス導流路２１２と、溝２１１から下方に延びてガス導入板２１の下面に達する第二のガス導入路２１３とを有している。第二のガス導入路２１３の出口は、放電管１内を臨んでいる。第二のガス導入路２１３は、放電管１と同軸な円周上に均等間隔をおいて複数設けられている。尚、溝２１１は、いわゆるガスリザーバとして機能する。   First, the upper end portion of the discharge tube 1 has a flange shape, and a gas introduction plate 21 is provided thereon. The gas introduction plate 21 is attached to the discharge tube 1 in an airtight manner. The gas introduction plate 21 has a circular opening at the center. And the groove | channel 211 is formed in the circumferential direction along the edge of opening horizontally. The gas introduction plate 21 includes a first gas guide passage 212 provided so that the groove 211 and the outer surface communicate with each other, and a second gas extending downward from the groove 211 and reaching the lower surface of the gas introduction plate 21. A gas introduction path 213. The outlet of the second gas introduction path 213 faces the inside of the discharge tube 1. A plurality of second gas introduction paths 213 are provided on the circumference coaxial with the discharge tube 1 at equal intervals. The groove 211 functions as a so-called gas reservoir.

ガス導入板２１の中央の開口は、放電管１と同軸の位置に設けられており、この開口に気密に嵌め込まれるようにして流量規制具４が設けられている。従って、ガス導入板２１の溝は、流量規制具４によって気密に閉じられた状態である。流量規制具４も、上端部分がフランジ状となっており、この部分がガス導入板２１に乗っている。
流量規制具４は、冷媒を流す空洞４１を有している。空洞４１は、図４に示すように上下に長く、上側は上端面にまで達して開口４２となっている。この開口４２は冷媒の流入用である（以下、冷媒流入口）。流量規制具４の下端は閉じられているが、下端より僅かに上の位置に冷媒流出口４３を有している。 The central opening of the gas introduction plate 21 is provided at a position coaxial with the discharge tube 1, and the flow rate restrictor 4 is provided so as to be fitted in the opening in an airtight manner. Therefore, the groove of the gas introduction plate 21 is in a state of being airtightly closed by the flow restrictor 4. The flow restrictor 4 also has a flange shape at the upper end, and this portion rides on the gas introduction plate 21.
The flow restrictor 4 has a cavity 41 through which a refrigerant flows. As shown in FIG. 4, the cavity 41 is long in the vertical direction, and the upper side reaches the upper end surface to form an opening 42. This opening 42 is for inflow of refrigerant (hereinafter referred to as refrigerant inlet). The lower end of the flow restrictor 4 is closed, but has a refrigerant outlet 43 at a position slightly above the lower end.

放電管１も、冷媒流出口４３と同じ高さ及び同じ周方向の位置に、冷媒排出口１１を有している。二つの冷媒排出口４３，１１は、冷媒排出管７１によってつながっている。
冷却系７は、冷媒導入口４２から冷媒を導入し、冷媒排出口４３から冷媒を排出することで、流量規制具４をするようになっている。冷媒としては、水又は融点の低い他の冷媒が使用される。冷却系７は、排出された冷媒を再冷却して循環させるサーキュレータを備えることがある。
また、図４に示す構造から解るように、流量規制具４は、ガスの上流側でのみ保持された構造となっている。下流側で保持しようとすると、流路中に保持部材を設けることになり易く、解離、励起等によって生成された活性種の流れを遮蔽してしまう構造となり易い。本実施形態では、このような問題はない。 The discharge tube 1 also has a refrigerant discharge port 11 at the same height as the refrigerant outlet 43 and at the same circumferential position. The two refrigerant discharge ports 43 and 11 are connected by a refrigerant discharge pipe 71.
The cooling system 7 introduces the refrigerant from the refrigerant introduction port 42 and discharges the refrigerant from the refrigerant discharge port 43, so that the flow rate regulating tool 4 is used. As the refrigerant, water or another refrigerant having a low melting point is used. The cooling system 7 may include a circulator that recools and circulates the discharged refrigerant.
Further, as can be seen from the structure shown in FIG. 4, the flow restrictor 4 is held only on the upstream side of the gas. When trying to hold on the downstream side, a holding member is likely to be provided in the flow path, and the structure tends to shield the flow of active species generated by dissociation, excitation, or the like. In this embodiment, there is no such problem.

この実施形態では、ガス供給系２は、ガス導入板２１内の第一のガス導入路２１２、溝２１１、第二のガス導入路２１３を通して放電管１にガスを供給する。供給されたガスは、放電管１内を通して輸送され、高周波電力によってプラズマ化し、プラズマ中で所望の解離、励起等が生ずる。放電管１は、プラズマによって加熱され、また場合によっては高周波によって誘導加熱されるが、冷却系７によって冷却される。このため、限度以上に温度上昇することはない。尚、ガス導入板２１は、高周波の導入を乱さないよう誘電体で形成されることが好ましいが、アンテナ３１の位置などによっては導体で形成してもよいこともある。   In this embodiment, the gas supply system 2 supplies gas to the discharge tube 1 through the first gas introduction path 212, the groove 211, and the second gas introduction path 213 in the gas introduction plate 21. The supplied gas is transported through the discharge tube 1 and turned into plasma by high-frequency power, and desired dissociation, excitation, etc. occur in the plasma. The discharge tube 1 is heated by plasma and, in some cases, induction heated by high frequency, but is cooled by a cooling system 7. For this reason, the temperature does not rise above the limit. The gas introduction plate 21 is preferably formed of a dielectric so as not to disturb the introduction of high frequency, but may be formed of a conductor depending on the position of the antenna 31 and the like.

次に、本願発明の第三の実施形態について説明する。図５は、第三の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。図５に示す実施形態では、流量規制具４は、放電管１内を中央部の流路と周辺部の流路とに仕切るものとなっている。流量規制具４は、円筒形であり、放電管１と同軸の位置に設けられている。
ガス供給系２は、流量規制具４内の流路（以下、内側流路）と、放電管１内であって流量規制具４外の流路（以下、外側流路）とに、異なるガスを供給するようになっている。流量規制具４の下端は、放電管１の下端と同じ高さ又はそれより低い位置となっている。従って、内側流路に流れるガスと外側流路に流れるガスは、混じり合うことなく処理チャンバー５内に導入されるようになっている。 Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a schematic front sectional view of the gas activation device of the third embodiment. In the embodiment shown in FIG. 5, the flow restrictor 4 partitions the inside of the discharge tube 1 into a central channel and a peripheral channel. The flow restrictor 4 has a cylindrical shape and is provided at a position coaxial with the discharge tube 1.
The gas supply system 2 has different gases for a flow path (hereinafter referred to as an inner flow path) in the flow restrictor 4 and a flow path (hereinafter referred to as an outer flow path) inside the discharge tube 1 and outside the flow restrictor 4. To supply. The lower end of the flow restrictor 4 is at the same height as the lower end of the discharge tube 1 or at a lower position. Therefore, the gas flowing in the inner flow path and the gas flowing in the outer flow path are introduced into the processing chamber 5 without being mixed.

この実施形態では、放電管１の内部において高い誘導電流が流れ易いところと流れにくいところに別々のガスを流すので、そのような違いを効果的に利用することができる。つまり、解離もしくは励起等の度合いを低くしたり又は活性を低く抑えたいガスは内側流路を通して流し、解離もしくは励起等の度合いを高くしたり又は活性を高くしたいガスは外側流路に流す、という使い方である。   In this embodiment, different gases are allowed to flow in the discharge tube 1 where high induced currents are likely to flow and where it is difficult for them to flow, so that such differences can be used effectively. In other words, gas that wants to lower the degree of dissociation or excitation or keep activity low flows through the inner flow path, and gas that wants to increase the degree of dissociation or excitation or higher activity flows to the outer flow path It is usage.

このガス活性化装置は、例えば、シランガス（ＳｉＨ４等）と窒素ガスとを使用して窒化シリコン膜を作成するプラズマＣＶＤ装置に好適に搭載される。この種の成膜では、ＳｉＨ３のような解離度の低い活性種を多く基板１０に供給した方が良質な薄膜ができるものの、窒素は解離しづらいため、高密度プラズマが必要である。そこで、内側流路にシランガス（ＳｉＨ４等）を流し、外側流路に窒素ガスを流すようにする。内側流路では、シランガスの過剰な解離を抑えてＳｉＨ３のような解離度の低い活性種が豊富に生成される。外側流路では、高密度プラズマにより窒素が効率よく解離され、原子状窒素のような窒素活性種や窒素イオンが豊富に生成される。これらの活性種が基板１０に到達することで、基板１０上に良質な窒化シリコン膜が作成される。 尚、従来のように放電管１内に単純にシランと窒素の混合ガスを供給する構成であると、良質な膜が得られない問題の他、シランに過剰な解離が生じて気相中での重合が多く生じてしまい、基板１０上の成膜速度が低下したり、管壁等に多くの膜堆積が生じたりする問題がある。
尚、上記のような場合、解離、励起又は活性化の度合いを低くしたいガスを放電管１を経由せずに処理チャンバー５に直接導入する構造も考えられる。しかしながら、この場合、ガス導入が基板１０に対して完全な軸対称にはならず、基板１０上でのガスの分布が不均一になり易いという欠点がある。 This gas activation apparatus is suitably mounted on a plasma CVD apparatus that forms a silicon nitride film using, for example, silane gas (SiH 4 or the like) and nitrogen gas. In this type of film formation, a high-quality thin film can be formed by supplying a large amount of active species having a low degree of dissociation such as SiH 3 to the substrate 10, but high density plasma is required because nitrogen is difficult to dissociate. Therefore, silane gas (SiH 4 or the like) is allowed to flow through the inner flow path, and nitrogen gas is allowed to flow through the outer flow path. In the inner flow path, excessive dissociation of silane gas is suppressed, and active species having a low dissociation degree such as SiH 3 are generated in abundance. In the outer channel, nitrogen is efficiently dissociated by the high-density plasma, and abundantly generated nitrogen active species such as atomic nitrogen and nitrogen ions are generated. When these active species reach the substrate 10, a high-quality silicon nitride film is formed on the substrate 10. In addition, when the structure in which the gas mixture of silane and nitrogen is simply supplied into the discharge tube 1 as in the prior art, in addition to the problem that a high-quality film cannot be obtained, excessive dissociation of silane occurs in the gas phase. There is a problem in that a large amount of polymerization occurs, and the film formation rate on the substrate 10 decreases, or a lot of film deposition occurs on the tube wall or the like.
In the above case, a structure in which a gas whose degree of dissociation, excitation, or activation is desired to be introduced directly into the processing chamber 5 without passing through the discharge tube 1 is also conceivable. However, in this case, there is a drawback that the gas introduction is not completely axisymmetric with respect to the substrate 10 and the gas distribution on the substrate 10 tends to be non-uniform.

次に、本願発明の第四の実施形態について説明する。図６は、第四の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。図６に示す装置では、放電管１内に磁界を設定する磁石８が設けられている。磁石８は、磁界を設けないときの放電管１の壁面及び流量規制具４の壁面への電子の飛行経路に交差する方向に磁力線を設定することで各壁面に向かう電子の運動を抑制し、さらにプラズマ密度を高めるものである。プラズマ中の電子は、磁力線によって捉えられて磁力線を横切る方向への運動が抑制される。このため、管壁付近で電子とイオンが再結合してプラズマが消滅することが抑制される。また、磁界によって電子の運動が促進されるため、中性ガスのイオン化効率が高まる。このようなことから、さらにプラズマ密度を高くすることができる。磁界強度は、数１０ガウス〜数１００ガウス程度でよい。
尚、図６では、磁石８は電磁石であるように描かれているが、永久磁石によってこれを構成することも可能である。また、図６では、放電管１の軸方向に沿って延びる磁力線としているが、軸を取り囲む周方向に沿った磁力線とする場合もある。 Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a schematic front sectional view of the gas activation device of the fourth embodiment. In the apparatus shown in FIG. 6, a magnet 8 for setting a magnetic field is provided in the discharge tube 1. The magnet 8 suppresses the movement of electrons toward each wall surface by setting magnetic field lines in the direction intersecting the flight path of electrons to the wall surface of the discharge tube 1 and the wall surface of the flow restrictor 4 when no magnetic field is provided, Furthermore, the plasma density is increased. Electrons in the plasma are captured by the magnetic field lines, and movement in the direction crossing the magnetic field lines is suppressed. For this reason, it is suppressed that an electron and ion recombine in the vicinity of a tube wall, and plasma is extinguished. Moreover, since the movement of electrons is promoted by the magnetic field, the ionization efficiency of the neutral gas is increased. For this reason, the plasma density can be further increased. The magnetic field intensity may be about several tens of gauss to several hundred gauss.
In FIG. 6, the magnet 8 is drawn as an electromagnet, but it can be constituted by a permanent magnet. Moreover, in FIG. 6, although it is set as the magnetic force line extended along the axial direction of the discharge tube 1, it may be set as the magnetic force line along the circumferential direction surrounding a shaft.

次に、本願発明の第五の実施形態について説明する。図７は、第五の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。図７に示す実施形態では、流量規制具４は、アルミニウム、ステンレス、銅のような導体で形成されており、不図示の絶縁部によってアースから絶縁されている。
前述したように、誘導結合プラズマでは、アンテナ３１を流れる高周波電流により磁界が誘導され、この磁界によりプラズマ中に電流が誘導される。図７において、放電管１の管壁と流量規制具４との間の間のプラズマがアンテナ３１と誘導性結合している限り、流量規制具４が導体であってもそこに誘導電流が流れることは本質的にはない。もし、誘導電流が流れたとしても、電力ロスはジュール損のみである。前述したような金属の場合、このジュール損も小さい。従って、本実施形態のように流量規制具４を導体製にしておいても問題はない。尚、この場合、プラズマからの保護等のため、流量規制具４の表面をアルマイト処理したり、誘電体の保護膜で被ったりすることはあり得る。 Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a schematic front sectional view of the gas activation device of the fifth embodiment. In the embodiment shown in FIG. 7, the flow restrictor 4 is made of a conductor such as aluminum, stainless steel, or copper, and is insulated from the ground by an insulating portion (not shown).
As described above, in inductively coupled plasma, a magnetic field is induced by a high-frequency current flowing through the antenna 31, and a current is induced in the plasma by this magnetic field. In FIG. 7, as long as the plasma between the tube wall of the discharge tube 1 and the flow restrictor 4 is inductively coupled to the antenna 31, an induced current flows there even if the flow restrictor 4 is a conductor. That is not essential. Even if an induced current flows, the power loss is only Joule loss. In the case of the metal as described above, this Joule loss is also small. Therefore, there is no problem even if the flow restrictor 4 is made of a conductor as in this embodiment. In this case, the surface of the flow restrictor 4 may be anodized or covered with a dielectric protective film for protection from plasma or the like.

また、この実施形態では、流量規制具４の下端には、端板９１が取り付けられている。端板９１は、流量規制具４と同軸の円板状の部材である。端板９１の径は、放電管１の下端開口の径よりも小さく、従って、両者の間には隙間が形成されている。放電管１内での活性化により生じた化学種は、この隙間を通して流出し、処理チャンバー５内の基板１０に達するようになっている。
端板９１は、流量規制具４と同様に、不図示の絶縁部によってアースから絶縁されており、浮遊電位となっている。浮遊電位は、周知のように負の電位である。浮遊電位となる端板９１は、放電管１の下端開口を通した電子の拡散を防止することでプラズマをより高密度にする機能がある。電子、特に磁石８によって設定された磁力線に捉えられた電子が放電管１の開口から多く拡散してしまうと、プラズマも拡散してプラズマ密度が低下してしまう問題がある。この実施形態では、浮遊電位となる端板９１が設けられているので、この部分で開口を通した電子の拡散が抑制される。このため、プラズマをより高密度にできる。 In this embodiment, an end plate 91 is attached to the lower end of the flow restrictor 4. The end plate 91 is a disk-shaped member that is coaxial with the flow restrictor 4. The diameter of the end plate 91 is smaller than the diameter of the lower end opening of the discharge tube 1, and therefore a gap is formed between them. Chemical species generated by activation in the discharge tube 1 flow out through this gap and reach the substrate 10 in the processing chamber 5.
The end plate 91 is insulated from the ground by an insulating portion (not shown), similarly to the flow restrictor 4, and has a floating potential. The floating potential is a negative potential as is well known. The end plate 91 having a floating potential has a function of making the plasma more dense by preventing diffusion of electrons through the lower end opening of the discharge tube 1. If a large amount of electrons, particularly electrons captured by the magnetic field lines set by the magnet 8, diffuse from the opening of the discharge tube 1, there is a problem that the plasma diffuses and the plasma density decreases. In this embodiment, since the end plate 91 having a floating potential is provided, diffusion of electrons through the opening is suppressed at this portion. For this reason, plasma can be made more dense.

また、端板９１は、放電管１の開口のコンダクタンスを調整する機能もある。コンダクタンスの値は、端板９１の径を適宜選択することで調整される。端板９１によってコンダクタンスを小さくする点は、処理チャンバー５内の圧力を低く保ちつつ放電管１内により高密度のプラズマを生成するためである。前述したように、高密度プラズマを生成するためには、放電管１内の圧力を高くすることが効果的であるが、放電管１と処理チャンバー５とは連通しているため、放電管１内の圧力を高くすると、処理チャンバー５の圧力も上昇し易い。処理によっては、低い圧力で処理することが必要な場合もあるので、都合が悪い。そこで、本実施形態では、端板９１を設けて放電管１と処理チャンバー５との間のコンダクタンスを小さくし、ある程度の大きな圧力差が生じるようにしている。このため、放電管１内で比較的圧力を高くして高密度プラズマを生成しながら、処理チャンバー５内を所定の低圧に保つことができるようになっている。   The end plate 91 also has a function of adjusting the conductance of the opening of the discharge tube 1. The conductance value is adjusted by appropriately selecting the diameter of the end plate 91. The reason why the conductance is reduced by the end plate 91 is to generate high-density plasma in the discharge tube 1 while keeping the pressure in the processing chamber 5 low. As described above, in order to generate high-density plasma, it is effective to increase the pressure in the discharge tube 1. However, since the discharge tube 1 and the processing chamber 5 are in communication, the discharge tube 1 When the internal pressure is increased, the pressure in the processing chamber 5 is likely to increase. Depending on the process, it may be necessary to process at a low pressure, which is inconvenient. Therefore, in the present embodiment, the end plate 91 is provided to reduce the conductance between the discharge tube 1 and the processing chamber 5 so that a large pressure difference is generated. For this reason, the inside of the processing chamber 5 can be kept at a predetermined low pressure while generating a high-density plasma by relatively increasing the pressure in the discharge tube 1.

例えば、放電管１内を１００〜５００Ｐａ程度、処理チャンバー５内を１〜１０Ｐａ程度にすることが、端板９１により可能となる。尚、ガス供給系２の不図示の流量調整器は、流量が一定になるよう制御を行う。従って、コンダクタンスが小さくなった場合でも、放電管１から流れ出る化学種の流量は一定であり、効率は低下しない。   For example, the end plate 91 can make the inside of the discharge tube 1 about 100 to 500 Pa and the inside of the processing chamber 5 about 1 to 10 Pa. A flow rate regulator (not shown) of the gas supply system 2 controls the flow rate to be constant. Therefore, even when the conductance becomes small, the flow rate of the chemical species flowing out from the discharge tube 1 is constant, and the efficiency does not decrease.

次に、本願発明の第六の実施形態について説明する。図８は、第六の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。図８に示す実施形態では、放電管１と処理チャンバー５との境界部分に、コンダクタンス調整具９２を設けている。コンダクタンス調整具９２は、放電管１の下端に取り付けられている。コンダクタンス調整具９２は、円形の板の中央に円形の開口を設けた形状であって、放電管１の下端開口の面積を小さくする形状となっている。コンダクタンス調整具９２の機能は、第五の実施形態における端板９１の機能の一つと同様である。即ち、放電管１の開口面積を適宜選定することでコンダクタンスを小さくしながら調整することができる。尚、第六実施形態において、コンダクタンス調整具９２は、誘電体製又はアースから絶縁された導体製であり、誘導電流が本質的に流れないのであれば、アースされた導体であっても良い。   Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 is a schematic front sectional view of the gas activation device of the sixth embodiment. In the embodiment shown in FIG. 8, a conductance adjuster 92 is provided at the boundary portion between the discharge tube 1 and the processing chamber 5. The conductance adjuster 92 is attached to the lower end of the discharge tube 1. The conductance adjuster 92 has a shape in which a circular opening is provided in the center of a circular plate, and has a shape that reduces the area of the lower end opening of the discharge tube 1. The function of the conductance adjuster 92 is the same as one of the functions of the end plate 91 in the fifth embodiment. That is, it is possible to adjust while reducing the conductance by appropriately selecting the opening area of the discharge tube 1. In the sixth embodiment, the conductance adjuster 92 is made of a dielectric or a conductor insulated from the ground, and may be a grounded conductor as long as no induced current flows essentially.

尚、本願発明のガス活性化装置の利用分野としては、前述したＣＶＤやエッチングの他、クリーニング装置、排ガス処理装置、微粉末生成装置等がある。クリーニング装置は、プラズマ中の活性化により生成した活性種やイオンの作用により表面の付着物を除去するクリーニングを行う装置である。排ガス処理装置は、有害な排ガスをプラズマによって活性化させて無害化する装置である。微粉末生成装置は、プラズマによって原料ガスを活性化させ、気相中で重合もしくは結晶成長させて微粉末を生成する装置である。   The field of application of the gas activation device of the present invention includes a cleaning device, an exhaust gas treatment device, a fine powder generation device and the like in addition to the above-described CVD and etching. The cleaning device is a device that performs cleaning to remove surface deposits by the action of active species and ions generated by activation in plasma. An exhaust gas treatment device is a device that activates harmful exhaust gas using plasma to render it harmless. The fine powder generation apparatus is an apparatus that generates a fine powder by activating a raw material gas by plasma and polymerizing or growing crystals in a gas phase.

第一の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the gas activation device of a first embodiment. 放電管１内のガスの流速分布を概略的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing a flow velocity distribution of gas in the discharge tube 1. 図１に示す実施形態における圧力と放電管１内のプラズマ密度分布との関係を示したものである。The relationship between the pressure in the embodiment shown in FIG. 1 and the plasma density distribution in the discharge tube 1 is shown. 第二の実施形態のガス活性化装置の主要部の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the principal part of the gas activation device of a second embodiment. 第三の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the gas activation device of a third embodiment. 第四の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the gas activation device of a 4th embodiment. 第五の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the gas activation device of a 5th embodiment. 第六の実施形態のガス活性化装置の正面断面概略図である。It is a front section schematic diagram of the gas activation device of a 6th embodiment. 誘導結合プラズマ方式を採用した従来例のガス活性化装置の正面断面概略図である。It is a front cross-sectional schematic diagram of the gas activation apparatus of the prior art example which employ | adopted the inductively coupled plasma system. 図９に示すような従来のガス活性化装置において、ガス圧とプラズマ密度との関係について示した図である。FIG. 10 is a diagram showing the relationship between gas pressure and plasma density in the conventional gas activation device as shown in FIG. 9.

符号の説明Explanation of symbols

１ 放電管
２ ガス供給系
３１ アンテナ
３２ 高周波電源
４ 流量規制具
５ 処理チャンバー
５１ 排気系
６ 基板ホルダー
７ 冷却系
８ 磁石
９１ 端板
９２ コンダクタンス調整具
１０ 基板 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge tube 2 Gas supply system 31 Antenna 32 High frequency power supply 4 Flow control tool 5 Processing chamber 51 Exhaust system 6 Substrate holder 7 Cooling system 8 Magnet 91 End plate 92 Conductance adjustment tool 10 Substrate

Claims (9)

放電管と、放電管内にガスを供給するガス供給系と、放電管内のガスに高周波電力を印加して誘導結合プラズマを生成する高周波電力印加機構とを備え、プラズマによって放電管内でガスを活性化させるガス活性化装置であって、
放電管内において中央部に比べて周辺部におけるガス流量が多くなるようにする流量規制具が放電管内に設けられていることを特徴とするガス活性化装置。 Equipped with a discharge tube, a gas supply system that supplies gas into the discharge tube, and a high-frequency power application mechanism that generates inductively coupled plasma by applying high-frequency power to the gas in the discharge tube, and the plasma activates the gas in the discharge tube A gas activation device,
A gas activation device characterized in that a flow rate regulator is provided in the discharge tube so as to increase the gas flow rate in the peripheral portion in the discharge tube as compared with the central portion. 前記流量規制具は、放電管の軸に沿って延びる形状であって放電管と同軸に設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 2. The gas activation device according to claim 1, wherein the flow restrictor has a shape extending along the axis of the discharge tube and is provided coaxially with the discharge tube. 前記流量規制具は、放電管の中央部におけるガスの流量をゼロとする棒状であることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 2. The gas activation device according to claim 1, wherein the flow restrictor has a rod shape in which a gas flow rate at a central portion of the discharge tube is zero. 前記流量規制具内に冷媒を供給して前記流量規制具を冷却する冷却系が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 The gas activation device according to claim 1, wherein a cooling system is provided for cooling the flow rate regulator by supplying a refrigerant into the flow rate regulator. 前記流量規制具は、放電管内に中央流路と外側流路とを設定する筒状であることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 2. The gas activation device according to claim 1, wherein the flow restrictor has a cylindrical shape in which a central flow path and an outer flow path are set in the discharge tube. 前記放電管の管壁と前記流量規制具との間に磁界を設定する磁石が設けられており、この磁石は、磁界を設けないときの放電管の壁面及び流量規制具の壁面への電子の飛行経路に交差する方向に磁力線を設定して各壁面に向かう電子の運動を抑制するものであることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 A magnet for setting a magnetic field is provided between the tube wall of the discharge tube and the flow restrictor, and this magnet is used to prevent electrons on the wall surface of the discharge tube and the wall of the flow restrictor when no magnetic field is provided. 2. The gas activation device according to claim 1, wherein magnetic lines of force are set in a direction crossing the flight path to suppress movement of electrons toward each wall surface. 前記流量規制具は、誘電体製又はアースから絶縁された導体製であることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 2. The gas activation device according to claim 1, wherein the flow restrictor is made of a dielectric or a conductor insulated from the ground. 前記放電管の一端開口には、アースから絶縁された端板が設けられており、端板と放電管との間には、ガスが流れる隙間が形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載のガス活性化装置。 7. An end plate insulated from the ground is provided at one end opening of the discharge tube, and a gap through which a gas flows is formed between the end plate and the discharge tube. Or the gas activation apparatus of 7. 前記放電管は、活性化させたガスにより処理される基板が内部に配置された処理チャンバーに接続されており、前記放電管と処理チャンバーとの境界部分には、コンダクタンスを小さくして調整するコンダクタンス調整具が設けられていることを特徴とする請求項１記載のガス活性化装置。 The discharge tube is connected to a processing chamber in which a substrate to be processed by an activated gas is disposed, and a conductance for reducing and adjusting conductance is provided at a boundary portion between the discharge tube and the processing chamber. The gas activation device according to claim 1, wherein an adjustment tool is provided.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008223123A (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Rohm Co Ltd Radical generator
JP2013211244A (en) * 2012-03-02 2013-10-10 Panasonic Corp Plasma processing apparatus and method
KR20140046481A (en) * 2011-08-19 2014-04-18 맷슨 테크놀로지, 인크. High efficiency plasma source
JP2014231636A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 小島プレス工業株式会社 Plasma cvd apparatus and method of forming plasma cvd film
JP2015119120A (en) * 2013-12-20 2015-06-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing apparatus
JP2016076710A (en) * 2010-11-30 2016-05-12 株式会社日立国際電気 Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method and baffle structure
JP2017523585A (en) * 2014-05-29 2017-08-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Device for treating gas in a conduit
US9911580B2 (en) 2010-11-30 2018-03-06 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and baffle structure of the substrate processing apparatus
US10115565B2 (en) 2012-03-02 2018-10-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Plasma processing apparatus and plasma processing method

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62146268A (en) * 1985-12-20 1987-06-30 Anelva Corp Apparatus for producing thin film
JPH07254497A (en) * 1994-03-14 1995-10-03 Jeol Ltd High frequency induction hot plasma device
JPH085555A (en) * 1994-06-17 1996-01-12 Hitachi Ltd Plasma torch and element analysis method using this torch
JPH08279493A (en) * 1995-04-04 1996-10-22 Anelva Corp Plasma processing system
JPH0987864A (en) * 1995-09-27 1997-03-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Dry etching device
JP2000171157A (en) * 1998-12-02 2000-06-23 Fuji Electric Co Ltd Method for operating inductively coupled plasma heating furnace
JP2001006897A (en) * 1999-04-23 2001-01-12 Matsushita Electric Works Ltd Plasma treatment device and plasma treatment method
JP2003033647A (en) * 2001-07-23 2003-02-04 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Plasma treatment device
JP2003249493A (en) * 2001-12-14 2003-09-05 Samsung Electronics Co Ltd Induction coupled plasma system
JP2004241437A (en) * 2003-02-03 2004-08-26 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Plasma treatment apparatus
JP2005142568A (en) * 2003-11-04 2005-06-02 Samsung Electronics Co Ltd Helical resonator type plasma processing apparatus

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62146268A (en) * 1985-12-20 1987-06-30 Anelva Corp Apparatus for producing thin film
JPH07254497A (en) * 1994-03-14 1995-10-03 Jeol Ltd High frequency induction hot plasma device
JPH085555A (en) * 1994-06-17 1996-01-12 Hitachi Ltd Plasma torch and element analysis method using this torch
JPH08279493A (en) * 1995-04-04 1996-10-22 Anelva Corp Plasma processing system
JPH0987864A (en) * 1995-09-27 1997-03-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Dry etching device
JP2000171157A (en) * 1998-12-02 2000-06-23 Fuji Electric Co Ltd Method for operating inductively coupled plasma heating furnace
JP2001006897A (en) * 1999-04-23 2001-01-12 Matsushita Electric Works Ltd Plasma treatment device and plasma treatment method
JP2003033647A (en) * 2001-07-23 2003-02-04 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Plasma treatment device
JP2003249493A (en) * 2001-12-14 2003-09-05 Samsung Electronics Co Ltd Induction coupled plasma system
JP2004241437A (en) * 2003-02-03 2004-08-26 Tokyo Ohka Kogyo Co Ltd Plasma treatment apparatus
JP2005142568A (en) * 2003-11-04 2005-06-02 Samsung Electronics Co Ltd Helical resonator type plasma processing apparatus

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008223123A (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Rohm Co Ltd Radical generator
WO2008114719A1 (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Rohm Co., Ltd. Radical generating apparatus and zno thin film
US10763084B2 (en) 2010-11-30 2020-09-01 Kokusai Electric Corporation Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and baffle structure of the substrate processing apparatus
JP2019176163A (en) * 2010-11-30 2019-10-10 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Substrate processing apparatus and method of manufacturing semiconductor device
US11948778B2 (en) 2010-11-30 2024-04-02 Kokusai Electric Corporation Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and baffle structure of the substrate processing apparatus
JP7121786B2 (en) 2010-11-30 2022-08-18 株式会社Kokusai Electric Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method, and substrate processing method
US11101111B2 (en) 2010-11-30 2021-08-24 Kokusai Electric Corporation Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and baffle structure of the substrate processing apparatus
JP2016076710A (en) * 2010-11-30 2016-05-12 株式会社日立国際電気 Substrate processing apparatus, semiconductor device manufacturing method and baffle structure
JP2017085130A (en) * 2010-11-30 2017-05-18 株式会社日立国際電気 Substrate processing apparatus, method for manufacturing semiconductor device, and baffle structure
JP2021036596A (en) * 2010-11-30 2021-03-04 株式会社Ｋｏｋｕｓａｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Semiconductor processing apparatus and method of manufacturing semiconductor apparatus
US9911580B2 (en) 2010-11-30 2018-03-06 Hitachi Kokusai Electric Inc. Substrate processing apparatus, method of manufacturing semiconductor device, and baffle structure of the substrate processing apparatus
JP2014531701A (en) * 2011-08-19 2014-11-27 マットソン テクノロジー インコーポレイテッドＭａｔｔｓｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ． High efficiency plasma source
KR101659594B1 (en) * 2011-08-19 2016-09-23 맷슨 테크놀로지, 인크. High efficiency plasma source
KR20140046481A (en) * 2011-08-19 2014-04-18 맷슨 테크놀로지, 인크. High efficiency plasma source
JP2013211244A (en) * 2012-03-02 2013-10-10 Panasonic Corp Plasma processing apparatus and method
US10115565B2 (en) 2012-03-02 2018-10-30 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Plasma processing apparatus and plasma processing method
JP2015144129A (en) * 2012-03-02 2015-08-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 plasma processing apparatus
JP2014231636A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 小島プレス工業株式会社 Plasma cvd apparatus and method of forming plasma cvd film
JP2015119120A (en) * 2013-12-20 2015-06-25 株式会社日立ハイテクノロジーズ Plasma processing apparatus
JP2017523585A (en) * 2014-05-29 2017-08-17 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッドＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ Device for treating gas in a conduit

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