JP2010059509A - Film formation or surface treatment system and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、局所的に成膜または表面処理する製造方法およびその製造装置にかかわり、特にガスを反応室に流して局所的に成膜または表面処理する技術に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing method and a manufacturing apparatus for locally forming a film or surface treatment, and particularly to a technique for locally forming a film or surface treatment by flowing a gas into a reaction chamber.
液晶表示素子は、ガラス基板に回路を形成したTFT基板とカラーフィルタ基板の間に液晶を挟み込んだ構造である。回路やカラーフィルタに欠陥が発生すると、液晶表示素子は表示異常となり不良品となる。製造工程で使用されるガラス基板は年々大型化しており、プロセス改善だけでは欠陥のない液晶表示素子を製造することが難しいため、欠陥部を修正する技術が必須となっている。 The liquid crystal display element has a structure in which liquid crystal is sandwiched between a TFT substrate having a circuit formed on a glass substrate and a color filter substrate. When a defect occurs in a circuit or a color filter, the liquid crystal display element becomes abnormal in display and becomes a defective product. Glass substrates used in the manufacturing process are becoming larger year by year, and it is difficult to manufacture a defect-free liquid crystal display element only by improving the process. Therefore, a technique for correcting a defective portion is essential.
従来回路オープン欠陥の修正方法として、レーザCVD装置やマイクロプラズマ発生装置等を使用して基板上の欠陥部に局所的に金属膜や絶縁膜を成膜して修正する方法が知られている。レーザCVD装置は、原料ガス雰囲気下の基板にレーザビームを照射して、照射部分の原料ガスの反応を促進させて成膜する装置である。また、マイクロプラズマ発生装置は、反応室内に原料ガスを導入してマイクロプラズマを発生させ、原料ガスをプラズマにより反応を促進させて成膜する装置である。いずれの装置においても原料ガスを回収し、周囲に漏れるのを防止する技術が必要である。また、原料ガスに外気が混入すると、膜質の劣化を招くので、外気の反応室への流入を防ぐ技術が必要である。 Conventionally, as a method for correcting a circuit open defect, a method of locally forming a metal film or an insulating film on a defective portion on a substrate using a laser CVD apparatus or a microplasma generator is known. The laser CVD apparatus is an apparatus for forming a film by irradiating a substrate in a source gas atmosphere with a laser beam to promote the reaction of the source gas in the irradiated portion. The microplasma generator is an apparatus for forming a film by introducing a source gas into a reaction chamber to generate a microplasma, and promoting the reaction of the source gas by the plasma. In any apparatus, a technique for collecting the raw material gas and preventing it from leaking to the surroundings is required. Further, when outside air is mixed into the raw material gas, the quality of the film is deteriorated, so a technique for preventing the outside air from flowing into the reaction chamber is necessary.
ガラス基板の大型化により基板サイズは一辺の長さが2mを超えるようになった。そのため基板全体をチャンバーで囲うと装置が巨大化し、チャンバー内をアルゴン等の不活性ガスで置換するのに時間がかかるだけでなく、不活性ガスのコストが増大するという問題があった。そこで、レーザCVD装置やマイクロプラズマ発生装置で局所的に成膜する場合は、特許文献1にあるように局所ガス吸排気機構を取り付けて成膜する方法がとられている。局所ガス吸排気機構を用いると、反応領域のみを反応室で覆って不活性雰囲気にすることができるので、巨大チャンバーが不要となり不活性ガスの置換時間を短縮できる。
Due to the increase in size of the glass substrate, the length of one side exceeds 2 m. For this reason, enclosing the entire substrate in a chamber entails a problem that the apparatus becomes enormous and not only it takes time to replace the inside of the chamber with an inert gas such as argon, but also the cost of the inert gas increases. Therefore, when a film is locally formed by a laser CVD apparatus or a microplasma generator, a method of forming a film by attaching a local gas intake / exhaust mechanism is employed as disclosed in
局所ガス吸排気機構は複数の殻を重ねたような構造をしており、一番内側の殻が原料ガスやプラズマ発生用ガスを導入して成膜または表面処理を実施する反応室であり、その外側の殻内で反応室から漏れ出たガスを吸引するものである。これらの殻は一方が開放されており、その開放された面を成膜または表面処理を実施する基板に一定の隙間をもって設置される。反応室に供給される原料ガスやプラズマ発生用ガスの濃度や圧力を一定に保つ必要があるため、反応室に常に新しいガスを供給して反応済みのガスを置換するようにしている。従って、反応済みガスが速やかに排気されるよう排気流量を安定させることが重要である。 The local gas intake / exhaust mechanism has a structure in which a plurality of shells are stacked, and the innermost shell is a reaction chamber for introducing a source gas or a plasma generating gas to perform film formation or surface treatment, The gas leaking from the reaction chamber in the outer shell is sucked. One of these shells is opened, and the opened surface is placed on a substrate on which film formation or surface treatment is performed with a certain gap. Since it is necessary to keep the concentration and pressure of the source gas and plasma generating gas supplied to the reaction chamber constant, new gas is always supplied to the reaction chamber to replace the reacted gas. Therefore, it is important to stabilize the exhaust flow rate so that the reacted gas is quickly exhausted.
特許文献2には、前記構造とは異なる構造を有するプラズマ処理装置が記載されている。特許文献2のプラズマ処理装置は、プラズマ発生部においてプラズマ化された処理ガスを基板に向けて吐出する吐出口と、吐出口から適長離隔した位置に設けられた排気口と、排気口を介して処理後の廃ガスを排気する排気手段と、プラズマ発生部の外周に設けられたラビリンスシール部と、ラビリンスシール部と基板との間に不活性ガスを供給する不活性ガス供給手段とを具備する。特許文献2のプラズマ発生部は基板の幅に対応して設けられており(図1参照)、スリット状の吐出口の右側にそれと平行にスリット状の排気口を設けるか(図2、図3参照)、吐出口の両側(左右)に同様の排気口を設けるものである(図7参照)。
しかしながら、基板のうねり等によって局所ガス吸排気機構と基板との隙間が変動すると、ガス流量が変動し、成膜異常や表面処理異常が発生するという問題があった。 However, if the gap between the local gas intake / exhaust mechanism and the substrate fluctuates due to the undulation of the substrate or the like, there is a problem that the gas flow rate fluctuates and film formation abnormality or surface treatment abnormality occurs.
本発明の目的は、基板のうねり等による局所ガス吸排気機構と基板の隙間変動によるガス流量変動を低減し、成膜および表面処理を安定化することである。 An object of the present invention is to reduce gas flow rate fluctuations due to fluctuations in the gap between the local gas intake / exhaust mechanism and the substrate due to substrate waviness and the like, and to stabilize film formation and surface treatment.
上記解決手段として、局所ガス吸排気機構は、上ぶたと、上ぶたの底面から基板の方向に設けられた上ぶたの中心を囲む内壁と、上ぶたの底面から基板の方向に設けられた前記内壁を囲む外壁と、を有し、外壁および/または内壁の開放側の面を溝を形成したラビリンス構造とした。また、反応室の圧力を測定する測定部を設け、その測定結果に基づいて局所ガス吸排気機構の高さを調整するようにした。 As the above solution, the local gas intake / exhaust mechanism includes an upper lid, an inner wall surrounding the center of the upper lid provided in the direction of the substrate from the bottom surface of the upper lid, and the above-mentioned provided in the direction of the substrate from the bottom surface of the upper lid. The labyrinth structure has an outer wall surrounding the inner wall, and a groove is formed on the outer wall and / or the open side surface of the inner wall. In addition, a measurement unit for measuring the pressure in the reaction chamber was provided, and the height of the local gas intake / exhaust mechanism was adjusted based on the measurement result.
本発明を用いることにより、成膜した膜質のばらつき低減や表面改質の均一性を向上させることができ、不良の発生を防止できるため、製造コストを低減できる。 By using the present invention, it is possible to reduce the variation in film quality of the formed film and improve the uniformity of surface modification, and to prevent the occurrence of defects, so that the manufacturing cost can be reduced.
以下、本発明の実施例を図を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1に局所成膜装置20の構成を示す。プラズマ生成室1には絶縁体である石英管2と、石英管2の周囲に巻きつけられたコイル3と、石英管2の上部に接続されたプラズマ点火用のイグナイタ9がある。コイル3の一方には高周波電源7と高周波マッチングボックス8が接続され、もう一方は接地されている。石英管2の下部は局所ガス吸排気機構4の貫通穴を通り反応室52に突き出している。原料ガスとプラズマガスはそれぞれ原料ガス容器10とプラズマガス容器11から供給され、配管部には途中にガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー12が取り付けられている。原料ガスについては石英管2の手前で配管が分岐しており、マイクロプラズマ5の近傍でノズル6から吹き出すことも可能である。プラズマガスを石英管2に供給し、コイル3に高周波電圧を印加した状態で、イグナイタ9でプラズマを点火すると、石英管2の先端部からマイクロプラズマ5が発生する。このマイクロプラズマ5に原料ガスを反応させると、基板16上に成膜することができる。石英管2からは連続的に原料ガスとプラズマ用ガスが供給されており、反応後は反応室52から外に排出される。排気室50には、ガス吸い込み口44が形成され、ガス排気用管14が接続されている。ガス排気用管14は吸引バルブ15を経由して、排気ポンプ17に接続されている。排気室50は吸引ポンプ17で吸引されており、反応室52から排出されたガスは排気室50に取り込まれ、排気用配管14、吸引バルブ15を経由して排気される。
FIG. 1 shows the configuration of the local
図2に局所ガス吸排気機構4の構造例を示す。局所ガス吸排気機構4は外壁42と内壁43があり、外壁42上面と内壁43上面は上ぶた41底面に接合され、ガスが漏れないようにシールされている。上ぶた41の中心には石英管2を通すための貫通穴が形成されていて、貫通穴と石英管2との隙間からガスが漏れるのを防ぐためシールされている。石英管2は内壁43内部に形成された反応室52に突き出しており、先端部からマイクロプラズマ5が噴出する。また外壁42と内壁43の間の排気室50内のガスを排気するため上ぶた41にガス吸い込み口44が形成されている。プラズマガスおよび原料ガスは反応室52から内壁43と基板16の隙間を通って排気室50に入り、ガス吸い込み口44へと流れる。また外壁42の周りに存在する外気も外壁42と基板16の隙間を通って排気室50に入りガス吸い込み口44へと流れる。ガス吸い込み口44には図1に示すガス排気用管14が接続されている。図2ではガス吸い込み口44を上ぶた41に形成しているが、図3にあるように外壁42の側面に形成してもよい。ガス吸い込み口44が複数ある場合は、個別に吸引ポンプ17で排気する方法、または各ガス吸い込み口44に接続されているガス排気用管14を吸引バルブ15で合流させて、同一の吸引ポンプ17で排気する方法でもよい。
FIG. 2 shows a structural example of the local gas intake /
外壁42と内壁43にはラビリンス構造45が形成されている。ラビリンス構造45とは、ガスの流路を入り組んだ構造とすることで外壁42と基板16との隙間を流れるガス流路の圧力損失を大きくして、隙間を通過するガスの流量を減少させるための構造である。詳細は後述するが、ラビリンス構造45を形成することで、隙間の変動に対してもガス流量を安定させる効果がある。
A
図2に示す局所ガス吸排気機構4は、上ぶた41と、上ぶた41の底面から基板16の方向に設けられた上ぶた41の中心を囲む内壁43と、上ぶた41の底面から基板16の方向に設けられた内壁43を囲む外壁42と、を有し、内壁43の内側の反応室52へガスを導入し、内壁43と外壁42の間の排気室50からガスを排気する構造であるから、反応室52内のガスがどちらの方向にも排気されると共に、外壁42と内壁43にラビリンス構造45が形成されているので、隙間の変動に対してガス流量を安定させることができる。
The local gas intake /
図2では外壁42と内壁43を円筒状の構造とした例を示しているが、図4に示すように直方体の形状であっても良い。基板16側から見た内壁43および外壁42の形状は正方形であり、この場合も反応室52内のガスがどちらの方向にも排気されると共に、外壁42と内壁43にラビリンス構造45が形成されているので、隙間の変動に対してガス流量を安定させることができる。
Although FIG. 2 shows an example in which the
さらに、外壁42および内壁43と、基板16との隙間を流れるガスを、より均一にガス吸い込み口44へ排気するため、以下の構造とするのが望ましい。第一に隙間を流れるガスの流路長をそれぞれ等しくするために、外壁42の肉厚と内壁43の肉厚がそれぞれ一様な構造にする。第二にガス吸い込み口44が複数個ある場合は、石英管2の中心軸に対して対称となるように配置し、各ガス吸い込み口44と吸引バルブ15を接続するガス排気用管14のコンダクタンスが等しくなるようにする。例えば排気ポンプ17が一台の場合、各ガス吸い込み口44と吸引バルブ15までのガス排気用管14の長さは一般的に異なる。したがって相対的に長いガス排気用管14の断面積を大きく、相対的に短いガス排気用管14の断面積を小さくすればよい。第三に例えば図5に示すようにガス吸い込み口44の上流側にバッファ領域51となる空間を形成する。排気室50の体積よりも大きいバッファ領域51を設けることで、各ガス吸い込み口44の吸引圧力ばらつきを低減することができ、排気室50内のガスを一様に排気できるようになる。この構造ではガス吸い込み口44が一つだけでも構わない。
Furthermore, in order to exhaust the gas flowing through the gap between the
マイクロプラズマ5を発生させるとマイクロプラズマ5先端部の温度が数百度になり、反応室52内の温度も上昇する。そこで局所ガス吸排気機構4に用いられる材料は耐熱性が必要であり、この観点から金属またはセラミックまたは石英が使用可能である。金属を用いる利点は、切削し易い材料を用いれば複雑な形状に加工できる点である。但し、マイクロプラズマ5が導体の影響を受けないように、反応室52を大きくする。理想的にはマイクロプラズマ5と内壁43の距離を20mm以上とする方がよい。セラミックを用いたときの利点は、絶縁体であることであるので反応室52を小さくすることができる点である。石英を用いる利点は、絶縁体であることと透明である点である。局所ガス吸排気機構4の外側にカメラを取り付けて、マイクロプラズマ5の発生状況をモニタリングしたり、画像認識でマイクロプラズマ5の状況を評価して異常な場合は警報を発生させたり、分光測定器をつけてマイクロプラズマ5発生状況を評価し印加電圧やインピーダンスマッチングを微調整することもできる。これらの材料は単独で用いられるほか、組み合わせてもよい。例えばセラミック筐体に石英の窓をつけることができる。
When the
次にラビリンス構造45の形状について説明する。図6(b)に局所ガス吸排気機構4を基板16側から見た図を、図6(a)に局所ガス吸排気機構4のA−A’断面を示す。ラビリンス構造45とは、ガスの流路を入り組んだ構造とすることで基板16との隙間を流れるガス流路の圧力損失を大きくして、隙間を通過するガスの流量を減少させるための構造である。ラビリンス構造45は複数の絞り片47が同心円状に形成されており、側面から見ると凹凸形状が連続している。以下凹部を円状溝46と呼ぶこととする。気体がラビリンス構造45と基板16との隙間を流れると、まず入り口側の絞り片47で流路が狭められるので、ガス流速が大きくなる。流れが速くなるとベルヌーイの定理により圧力降下が大きくなる。さらに絞り片47から円状溝46に流入した気体は、流路面積が大きくなったところで速度が小さくなるとともに、広がりながら次の絞り片47の方向へ流れる。このとき気体の一部が円状溝46の上部で渦を形成するので、流路抵抗が増し、圧力損失が大きくなる。
Next, the shape of the
図7(a)に示すように、ラビリンス構造45の入り口側圧力と出口側圧力をそれぞれ一定にして、ラビリンス構造45の絞り片47と基板16との隙間をεとする。図7(b)に隙間εと基板16との隙間を通過する気体の流量Qの関係を示す。比較としてラビリンス構造45のない平滑な面の場合の隙間εと流量Qの関係を示す。ラビリンス構造45の場合では流量Qは隙間εに比例し、平滑な面の場合では流量Qは隙間εの3乗に比例する。基板16のうねり等を考慮した使用可能な隙間εの領域では、ラビリンス構造45の方が流量を小さくできる。また、使用可能範囲においてラビリンス構造45ありの方が傾きが小さく、隙間εの変動に対して、流量Qの変動が小さい。
As shown in FIG. 7A, the inlet side pressure and the outlet side pressure of the
絞り片47の枚数を増やすとさらに圧力損失を大きくすることができ、流量を減少させることができる。そこで、内壁43よりも外壁42の絞り片47の枚数を増加させると、反応室52内の圧力は一定に保ったままで外気の取り込み量を減少させることもできる。
When the number of
実施例では外壁42と内壁43の両方をラビリンス構造45としたが、外壁42のみまたは内壁43のみをラビリンス構造45としてもよい。反応室52へのプラズマガスや原料ガスの流量が大きい場合は、外壁42底面のみをラビリンス構造45とし内壁43底面を平滑な面とすることで、反応室52からガス吸い込み口44へ気体が流れ易くなり反応室52内にガスが滞留することがない。排気流量が大きい場合は、内壁43のみをラビリンス構造45とし外壁42を平滑な面にすると、外気の取り込み量が増すので真空度の上昇を抑えることができる。
In the embodiment, both the
別のラビリンス構造45を図8〜図12に示す。図8〜図12の(b)に局所ガス吸排気機構4を下側から見た形状を、(a)に局所ガス吸排気機構4を側方から見たときの断面図を示す。図8〜図12では外壁42底面のみに圧力損失を大きくする形状を施しているが内壁43底面のみ、または外壁42と内壁43の底面両方を同様な形状にしてもよい。図8は底面に渦巻状溝61が形成されている形状で、渦巻状にすることで外壁42の外側から内側へガスが流れるときに気体は半径方向の速度成分だけではなく周方向の速度成分も持つので、ガスの流路長が大きくなり圧力損失を大きくすることができる。図9に示す歯車状溝62や図11に示す波状溝63、図12に示す矩形状溝64についても同様に気体に周方向の速度成分を持たせでガス流路長が大きくすることで、圧力損失を大きくする。また、図10は図9の歯車状溝62のピッチをずらした構造であり、これによって外側の歯車状溝62の半径方向の溝を通過した気体が、内側の周方向の溝により周方向の速度成分を持つことができる。
Another
局所ガス吸排気機構4と基板16で形成される空間で真空度が一番高いのはガス吸い込み口44近傍である。局所ガス吸排気機構4と基板16との隙間が小さくなると、コンダクタンスが小さくなり圧力損失が増大するので、ガス吸い込み口44近傍の真空度が上昇する。真空度が上昇すると、局所ガス吸排気機構4の基板16に対する吸引圧力が大きくなり、基板16が局所ガス吸排気機構に吸着される。吸着を防止するには、内壁43の高さを外壁42の高さより大きくすれば良い。図13に局所ガス吸排気機構4の断面を側方から見た図を示す。内壁43の方が外壁42よりも高い構造となっているので、基板16と内壁43との隙間が外壁42との隙間よりも小さい。一方、内壁43の高さが大きい構造にすると、外壁42と基板16との隙間が広がり外気が取り込まれ易くなるので、吸引圧力の上昇を低減し基板16が局所ガス吸排気機構4に吸着することを防止できる。図13の構造に関しては、以降に述べる実施例2もしくは実施例3にも適用できる。
In the space formed by the local gas intake /
本実施例ではマイクロプラズマ5を発生させて原料ガスを反応させる局所成膜装置20について説明しているが、局所的にガスの流れを制御して成膜する装置(例えばレーザCVD装置)や基板表面処理装置にも適用可能である。
In this embodiment, the local
本実施例によって、隙間変動によるガス流量変動を低減でき、均一性の高い成膜や均一な表面処理が可能となるため、不良発生を防止し、コスト低減を図ることができる。 According to this embodiment, the gas flow rate fluctuation due to the gap fluctuation can be reduced, and highly uniform film formation and uniform surface treatment can be performed. Therefore, the occurrence of defects can be prevented and the cost can be reduced.
図14に別の実施例を示す。局所成膜装置20はX、Y、Zそれぞれの方向へ動くXステージ120aとYステージ120bとZステージ120cがあり、Zステージ120cに局所成膜装置20のヘッド部21がある。ヘッド部21はプラズマ生成室1と局所ガス吸排気機構4から成る。本実施例のプラズマ生成室1と局所ガス吸排気機構4の構造としては、前述の実施例1または後述の実施例3、4と同様な構造を用いることができる。
FIG. 14 shows another embodiment. The local
次に局所成膜装置20の各構成部について図15を用いて説明する。局所成膜装置20と反応条件記憶手段101と反応位置情報記憶手段102から成る記憶部100と、電力印加手段111と電力制御手段112と反応ガス流量制御手段113とアルゴンガス流量制御手段114と吸引ポンプ作動手段115から成るプラズマ発生部110と、高さ測定手段121と高さ調整手段122とXY位置測定手段123とXY位置調整手段124から成るXYZステージ120で構成されている。また図16に示すように記憶部100に圧力条件記憶手段103と圧力測定結果判定手段104を加え、局所ガス吸排気機構4に圧力測定手段131を加えて、反応室52の圧力測定結果に基づいて基板16との高さを調整できる装置でもよい。
Next, each component of the local
図16の装置構成での高さ調整方法について図17を用いて説明する。実施例ではマイクロプラズマ5を発生させて原料ガスを反応させる局所成膜装置20について説明しているが、局所的にガスの流れを制御して成膜する装置(例えばレーザCVD装置)や基板表面処理装置にも適用可能である。
A height adjustment method in the apparatus configuration of FIG. 16 will be described with reference to FIG. In the embodiment, the local
図17は局所ガス吸排気機構4を下降してから成膜して局所ガス吸排気機構4を退避するまでのフローを示す。まず、局所ガス吸排気機構4をXステージ、Yステージで成膜領域上まで移動させる。そしてZステージにより局所ガス吸排気機構4を基板16に近づける。次にガス吸引ポンプ17を作動させて吸引を開始する。マイクロプラズマ5は発生させずに、プラズマガス用の不活性ガスを反応室52に導入して、空気を追い出して不活性ガス雰囲気に反応室52を置換する。置換されたら、不活性ガスの流量が成膜時と同じになるようにマスフローコントローラー12で制御してから反応室52内の圧力を測定する。この測定結果を予め設定していた最適な圧力と比較して異なる場合は、同じとなるようにZステージで局所ガス吸排気機構4の高さを微調整する。反応室52の圧力が最適な圧力より高い場合は局所ガス吸排気機構4を基板16から離し、低い場合には基板16に近づけると、最適条件と一致させることができる。高さ調整後、原料ガスを反応室52に導入しマイクロプラズマ5を発生させる。このときマイクロプラズマ5よって、原料ガスが反応し基板16に成膜される。成膜後、マイクロプラズマ5の発生を停止し原料ガスの導入を停止する。プラズマガスで反応室52内が置換されたら、プラズマガスの供給を停止して吸引ポンプ17の作動を停止する。最後に局所ガス吸排気機構4を退避させる。
FIG. 17 shows a flow from lowering the local gas intake /
本実施例によって隙間の変動に寄らず反応室52内の圧力を一定に保つことができる。また、必ず原料ガスを導入する前に基板16との高さを調整するので、基板16との隙間が大きくなって原料ガス漏れ出すことを防ぐことができる。
According to this embodiment, the pressure in the
以下、本発明の実施例3について図18、19を用いて説明する。本実施例ではマイクロプラズマ5を発生させて原料ガスを反応させる局所成膜装置20について説明しているが、局所的にガスの流れを制御して成膜する装置(例えばレーザCVD装置)や基板表面処理装置にも適用可能である。
A third embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, the local
図18に実施例3の局所成膜装置20の構成を示す。プラズマ生成室1には絶縁体である石英管2と石英管2の周囲に巻きつけられたコイル3と石英管2の上部に接続されたプラズマ点火用のイグナイタ9がある。コイル3の一方には高周波電源7と高周波マッチングボックス8が接続され、もう一方は接地されている。石英管2の下部は局所ガス吸排気機構4の貫通穴を通り反応室52に突き出している。原料ガスとプラズマガスはそれぞれ原料ガス容器10とプラズマガス容器11から供給され、配管部には途中にガスの流量を制御するためのマスフローコントローラー12が取り付けられている。プラズマガス容器11からはもう一つ局所ガス吸排気機構4へプラズマガスを供給するためのプラズマガス供給用管が配管されている。原料ガスについては石英管2の手前で配管が分岐しており、マイクロプラズマ5の近傍でノズル6から吹き出すことも可能である。プラズマガスを供給すると、石英管2の先端部からマイクロプラズマ5が発生し、このマイクロプラズマ5に原料ガスを反応させると、基板16に成膜することができる。
FIG. 18 shows the configuration of the local
図19に実施例の局所ガス吸排気機構4の構造を示す。図19(a)は局所ガス吸排気機構4の断面を横から見た図である。局所ガス吸排気機構4は上ぶた41と外側から順に、外壁42、中壁48、内壁43と径の異なる3つの壁から成る。外壁42、中壁48、内壁43の各上面は上ぶた41底面に接合され、ガスが漏れないようにシールされている。上ぶた41の中心には石英管2を通すための貫通穴が形成されていて、貫通穴と石英管2との隙間からガスが漏れるのを防ぐためシールされている。石英管2は内壁43内部に形成された反応室52に突き出しており、先端部からマイクロプラズマ5が噴出する。中壁48と内壁43の間の上ぶた41には、ガスを排気するためのガス吸い込み口44が形成されている。プラズマガスおよび原料ガスは反応室52から内壁43と基板16との隙間を通ってガス吸い込み口44へと流れる。また外壁42と中壁48の間の上ぶた41には不活性ガスを供給するためのガス吹き出し口49が形成されている。不活性ガスは中壁48と基板16との隙間を通ってガス吸い込み口に排気されるか外壁42を通って、局所ガス吸排気機構4の周囲に排出される。ガス吹き出し口49を設けることで、外気の取り込み防止と原料ガスの周囲への漏れの効果が向上する。ガス吸い込み口44およびガス吹き出し口49はそれぞれ石英管2の中心軸に対して対称となるように配置するのが望ましい。図19ではガス吸い込み口44とガス吹き出し口49が共に偶数の場合を図示したが図20のようにガス吸い込み口44とガス吹き出し口49が奇数でそれぞれの位置が正多角形を形成するように配置しても良い。
FIG. 19 shows the structure of the local gas intake /
図19(b)にガス吸排気機構4を基板16側から見た図を示す。中壁48と内壁43の底面をラビリンス構造45としている。外壁42は不活性ガスを積極的に周囲に排出して外気が取り込まれないようにするためにラビリンス構造としない方がよい。本実施例によって、隙間変動による外気の取り込み量変動を低減し、反応室52圧力変動を低減できる。
FIG. 19B shows the gas intake /
前述の実施例2の局所成膜装置において本実施例の局所ガス吸排気機構4を用いる場合は、ガス吹き出し口49から吹き出すガスについても圧力条件の記憶や圧力の測定や圧力測定結果の判定等を行うようにしてもよい。
In the case of using the local gas intake /
以下、本発明の実施例4について図21を用いて説明する。実施例ではマイクロプラズマ5を発生させて原料ガスを反応させる局所成膜装置20について説明しているが、局所的にガスの流れを制御して成膜する装置(例えばレーザCVD装置)や基板表面処理装置にも適用可能である。
図20に実施例の局所ガス吸排気機構4の構造を示す。図20(a)は局所ガス吸排気機構4の断面を横から見た図で、反応室52の断面積をA、反応室52内のゲージ圧力をPaとし、排気室50の断面積をB、排気室50内のゲージ圧力をPbとすると、
FIG. 20 shows the structure of the local gas intake /
〔数1〕
PaA+PbB>0
であれば基板16に対して上向きの力が働かないので基板16の吸着を防止できる。
[Equation 1]
P a A + P b B> 0
If this is the case, no upward force acts on the
また、本実施例を、図19に示す局所ガス排気機構4(実施例3)に適用する場合は、中壁48と外壁42の間の空間の断面積をC、その空間のゲージ圧力をPcとすると、
When this embodiment is applied to the local gas exhaust mechanism 4 (embodiment 3) shown in FIG. 19, the sectional area of the space between the
〔数2〕
PaA+PbB+PcC>0
であれば基板16に対して上向きの力が働かないので基板16の吸着を防止できる。
[Equation 2]
P a A + P b B + P c C> 0
If this is the case, no upward force acts on the
本実施例によって、基板16が局所ガス吸排気機構4に吸着することを防止できる。
According to this embodiment, it is possible to prevent the
本発明は、成膜領域のガスの流れを制御する必要があるプラズマ発生装置やレーザCVD装置に利用することができる。 The present invention can be used in a plasma generator or a laser CVD apparatus that needs to control the gas flow in a film formation region.
1…プラズマ生成室、2…石英管、3…コイル、4…局所ガス吸排気機構、5…マイクロプラズマ、6…ノズル、7…高周波電源、8…マッチングボックス、9…イグナイタ、10…原料ガス容器、11…プラズマガス容器、12…マスフローコントローラー、14…ガス排気用管、15…吸引バルブ、16…基板、17…吸引ポンプ、21…ヘッド部、41…上ぶた、42…外壁、43…内壁、44…ガス吸い込み口、45…ラビリンス構造、46…円状溝、47…絞り片、48…中壁、49…ガス吹き出し口、50…排気室、51…バッファ領域、52…反応室、61…渦巻状溝、62…歯車状溝、63…波状溝、64…矩形状溝、100…記憶部、101…反応条件記憶手段、102…反応位置情報記憶手段、103…圧力条件記憶手段、104…圧力測定結果判定手段、110…プラズマ発生部、111…電力印加手段、112…電力制御手段、113…反応ガス流量制御手段、114…アルゴンガス流量制御手段、115…吸引ポンプ作動手段、120…XYZステージ、121…高さ測定手段、122…高さ調整手段、123…XY位置測定手段、124…XY位置調整手段
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記局所ガス吸排気機構は、
上ぶたと、前記上ぶたの底面から成膜または表面処理を行う基板の方向に設けられた前記上ぶたの中心を囲む内壁と、前記上ぶたの底面から前記基板の方向に設けられた前記内壁を囲む外壁と、を有し、
前記内壁の内側の第一の空間へガスを導入し、前記内壁と前記外壁の間の第二の空間からガスを排気する構造であり、
前記内壁または前記外壁の開放側の面の少なくとも一方がラビリンス構造であることを特徴とする成膜または表面処理装置。 In a film formation or surface treatment apparatus having a local gas intake / exhaust mechanism,
The local gas intake and exhaust mechanism is
An upper wall, an inner wall surrounding the center of the upper lid provided in the direction of the substrate on which film formation or surface treatment is performed from the bottom surface of the upper lid, and the inner wall provided in the direction of the substrate from the bottom surface of the upper lid And an outer wall surrounding the
Introducing gas into the first space inside the inner wall and exhausting gas from the second space between the inner wall and the outer wall,
At least one of the inner wall or the open-side surface of the outer wall has a labyrinth structure.
前記局所ガス吸排気機構は、
上ぶたと、前記上ぶたの底面から成膜または表面処理を行う基板の方向に設けられた前記上ぶたの中心を囲む内壁と、前記上ぶたの底面から前記基板の方向に設けられた前記内壁を囲む中壁と、前記上ぶたの底面から前記基板の方向に設けられた前記中壁を囲む外壁と、を有し、
前記内壁の内側の第一の空間へガスを導入し、前記内壁と前記中壁の間の第二の空間からガスを排気し、前記中壁と前記外壁の間の第三の空間へガスを導入する構造であり、
前記内壁または前記中壁または前記外壁の開放側の面の少なくとも一つがラビリンス構造であることを特徴とする成膜または表面処理装置。 In a film formation or surface treatment apparatus having a local gas intake / exhaust mechanism,
The local gas intake and exhaust mechanism is
An upper wall, an inner wall surrounding the center of the upper lid provided in the direction of the substrate on which film formation or surface treatment is performed from the bottom surface of the upper lid, and the inner wall provided in the direction of the substrate from the bottom surface of the upper lid And an outer wall surrounding the inner wall provided in the direction of the substrate from the bottom surface of the upper lid,
Gas is introduced into the first space inside the inner wall, the gas is exhausted from the second space between the inner wall and the inner wall, and the gas is discharged into the third space between the inner wall and the outer wall. The structure to introduce,
At least one of the open side surfaces of the inner wall, the inner wall, or the outer wall has a labyrinth structure.
ガスを導入する前記第一の空間内の圧力を測定する計測部と前記圧力の測定値に基づいて前記局所ガス吸排気機構と基板との隙間を調整する高さ調整部を備えたことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 1 or 2,
A measurement unit that measures the pressure in the first space for introducing gas and a height adjustment unit that adjusts a gap between the local gas intake / exhaust mechanism and the substrate based on the measured value of the pressure are provided. A film forming or surface treatment apparatus.
ガスを導入する空間の圧力を測定する圧力測定部と、圧力条件記憶部と、圧力測定結果判定部と、反応条件記憶部と、反応位置情報記憶部と、電力印加部と、電力制御部と、反応ガス流量制御部と、アルゴンガス流量制御部と、吸引ポンプ作動部と、高さ測定部と、高さ調整部と、XY位置測定部と、XY位置調整部を有することを特徴とした成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 1 or 2,
A pressure measurement unit that measures the pressure of the space into which the gas is introduced, a pressure condition storage unit, a pressure measurement result determination unit, a reaction condition storage unit, a reaction position information storage unit, a power application unit, and a power control unit, A reaction gas flow rate control unit, an argon gas flow rate control unit, a suction pump operation unit, a height measurement unit, a height adjustment unit, an XY position measurement unit, and an XY position adjustment unit. Deposition or surface treatment equipment.
前記第一の空間の断面積と前記第一の空間内のゲージ圧力との積と、前記第二の空間の断面積と前記第二の空間のゲージ圧力との積の和が0より大きいことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus of Claim 1,
The sum of the product of the cross-sectional area of the first space and the gauge pressure in the first space, and the product of the cross-sectional area of the second space and the gauge pressure of the second space is greater than zero. A film formation or surface treatment apparatus characterized by the above.
前記第一の空間の断面積と前記第一の空間内のゲージ圧力との積と、前記第二の空間の断面積と前記第二の空間内のゲージ圧力との積と、前記第三の空間の断面積と前記第三の空間内のゲージ圧力との積の和が0より大きいことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 2,
The product of the cross-sectional area of the first space and the gauge pressure in the first space; the product of the cross-sectional area of the second space and the gauge pressure in the second space; A film formation or surface treatment apparatus, wherein a sum of products of a sectional area of a space and a gauge pressure in the third space is larger than zero.
前記内壁および前記外壁はそれぞれ肉厚が一様であることを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus of Claim 1,
The film forming or surface treatment apparatus characterized in that the inner wall and the outer wall have a uniform thickness.
前記内壁および前記中壁および前記外壁はそれぞれ肉厚が一様であることを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 2,
The film forming or surface treatment apparatus characterized in that the inner wall, the inner wall, and the outer wall have a uniform thickness.
前記第二の空間からガスを排気するためのガス吸い込み口が、前記第一の空間へガスを導入するためのガス導入口の中心から同じ距離にあり、円周方向に均等に配置されていることを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus of Claim 1,
Gas inlets for exhausting gas from the second space are at the same distance from the center of the gas inlet for introducing gas into the first space, and are equally disposed in the circumferential direction. A film forming or surface treatment apparatus characterized by the above.
前記第二の空間からガスを排気するためのガス吸い込み口および前記第三の空間へガスを導入するためのガス導入口が、前記第一の空間へガスを導入するためのガス導入口の中心からそれぞれ同じ距離にあり、それぞれ円周方向に均等に配置されていて、前記第二の空間からガスを排気するためのガス吸い込み口と前記第一の空間へガスを導入するためのガス導入口との距離が、前記第三の空間へガスを導入するためのガス導入口と前記第一の空間へガスを導入するためのガス導入口との距離に対して小さいことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 2,
A gas inlet for exhausting gas from the second space and a gas inlet for introducing gas into the third space are the centers of the gas inlets for introducing gas into the first space. And a gas inlet for exhausting gas from the second space and a gas inlet for introducing gas into the first space, which are equally spaced from each other in the circumferential direction. A distance between the gas introduction port for introducing the gas into the third space and the gas introduction port for introducing the gas into the first space. Or surface treatment equipment.
前記内壁の高さが前記外壁の高さより大きいことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus of Claim 1,
A film forming or surface treatment apparatus characterized in that a height of the inner wall is larger than a height of the outer wall.
前記内壁の高さが前記中壁と前記外壁いずれの高さよりも大きいことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 2,
The film forming or surface treatment apparatus characterized in that the height of the inner wall is larger than the height of either the inner wall or the outer wall.
前記局所ガス吸排気機構の材料が、金属またはセラミックまたは石英いずれかであることを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 1 or 2,
A film forming or surface treatment apparatus characterized in that a material of the local gas intake / exhaust mechanism is metal, ceramic, or quartz.
前記第二の空間からガスを排気するためのガス吸い込み口が複数形成され、前記ガス吸い込み口は各々管により同一の吸引バルブへと接続されていて、前記管のコンダクタンスがすべて等しいことを特徴とする成膜または表面処理装置。 In the film-forming or surface treatment apparatus according to claim 1 or 2,
A plurality of gas suction ports for exhausting gas from the second space are formed, and each of the gas suction ports is connected to the same suction valve by a pipe, and the conductances of the pipes are all equal. A film forming or surface treatment apparatus.
前記局所ガス吸排気機構を所定の位置まで下降させる第一の工程と、
ガスを排気するためのガス吸引ポンプを作動させる第二の工程と、
ガスで前記第一の空間内の外気を置換する工程と、
前記第一の空間内の圧力を測定する工程と、
前記圧力が所定の圧力となるように前記局所ガス吸排気機構の高さを調整する工程と、
を含むことを特徴とする成膜または表面処理方法。 A film formation or surface treatment method using the film formation or surface treatment apparatus according to claim 1,
A first step of lowering the local gas intake / exhaust mechanism to a predetermined position;
A second step of operating a gas suction pump for exhausting the gas;
Substituting the outside air in the first space with a gas;
Measuring the pressure in the first space;
Adjusting the height of the local gas intake and exhaust mechanism so that the pressure becomes a predetermined pressure;
A film forming or surface treatment method comprising:
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