JP2011049595A - Apparatus for forming insulating film - Google Patents

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厚 佐々木
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東  和文
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行彦 中田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for forming an insulating film by which the insulating film can be excellently formed on a substrate to be processed while suppressing damage to the substrate to be processed and the insulating film. <P>SOLUTION: The substrate 100 to be processed is arranged in a vacuum container 2 having an electromagnetic wave incident surface F. A first gas containing at least one of a noble gas and an oxygen gas is introduced into the vacuum container 2 from a position at a distance of &lt;10 mm from the electromagnetic wave incident surface F, and a second gas containing an organic silicon compound is introduced into the vacuum container 2 from a position at a distance of &ge;10 mm from the electromagnetic wave incident surface. An electromagnetic wave is entered into the vacuum container 2 from the electromagnetic wave incident surface F to generate surface wave plasma in the vacuum container, thereby depositing silicon oxide on the substrate 100 to be processed. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、例えば半導体集積回路装置のような半導体装置や液晶表示装置のような表示装置の製造プロセス等で絶縁膜を形成する場合に適用される絶縁膜を形成する場合に好適に用いることができる絶縁膜形成装置に関する。The present invention is, for example, suitably used in the case of forming a semiconductor device and insulation Enmaku that the manufacturing process or the like that apply in the case of forming an insulating film of a display device such as a liquid crystal display device such as a semiconductor integrated circuit device regarding forming apparatus of the insulating film that can.

従来、半導体装置や液晶表示装置等の製造プロセスにおいては、有機シリコン化合物をプロセスガスとし、平行平板型の高周波プラズマCVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)装置を用いて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が知られている。  2. Description of the Related Art Conventionally, in a manufacturing process of a semiconductor device or a liquid crystal display device, an insulating film is formed on a substrate to be processed using a parallel plate type high frequency plasma CVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) apparatus using an organic silicon compound as a process gas. Methods of forming are known.

平行平板型の高周波プラズマCVD装置は、真空チャンバ、高周波電源、高周波電極、及びアース電極等を備えている。真空チャンバは、有機シリコン化合物ガスと酸素の混合ガスを導入するガス導入部を有している。  The parallel plate type high-frequency plasma CVD apparatus includes a vacuum chamber, a high-frequency power source, a high-frequency electrode, a ground electrode, and the like. The vacuum chamber has a gas introduction part for introducing a mixed gas of an organic silicon compound gas and oxygen.

この平行平板型の高周波プラズマCVD装置を用いて絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。有機シリコン化合物ガス及び酸素ガスを、ガス導入部を介して真空チャンバ内に導入する。高周波電源から13.56MHzの高周波電力を高周波電極に供給することで、真空チャンバ内においてプラズマを発生させる。このようにすることにより、プラズマによって有機シリコン化合物が分解され、この有機シリコン化合物を材料としたシリコン酸化物膜が被処理基板上に形成される(例えば、特許文献1参照。)。  When an insulating film is formed using this parallel plate type high-frequency plasma CVD apparatus, the following is performed. Organosilicon compound gas and oxygen gas are introduced into the vacuum chamber through the gas introduction part. By supplying high frequency power of 13.56 MHz from the high frequency power source to the high frequency electrode, plasma is generated in the vacuum chamber. By doing so, the organosilicon compound is decomposed by the plasma, and a silicon oxide film using the organosilicon compound as a material is formed on the substrate to be processed (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、上述のような平行平板型の高周波プラズマCVD装置では、真空チャンバ内で発生したプラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がってしまうため、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面等にイオン損傷を与え易いという問題がある。すなわち、プラズマが被処理基板を配設した領域にまで広がると、被処理基板がエネルギーの高い電子に接することとなるため、電子のエネルギーにしたがって増加する傾向のあるシース電界が大きくなる。シース電界が大きくなると、これに伴って被処理基板に入射するイオンのエネルギーが増加するため、結果として、被処理基板の表面や被処理基板と絶縁膜との界面等にイオン損傷が生じ易くなってしまう。  However, in the parallel plate type high-frequency plasma CVD apparatus as described above, the plasma generated in the vacuum chamber spreads to a region where the substrate to be processed is disposed, so that the surface of the substrate to be processed and the substrate to be processed are insulated. There is a problem that ion damage is liable to occur at the interface with the film. That is, when the plasma spreads to a region where the substrate to be processed is disposed, the substrate to be processed comes into contact with high-energy electrons, so that a sheath electric field that tends to increase according to the energy of electrons increases. As the sheath electric field increases, the energy of ions incident on the substrate to be processed increases accordingly. As a result, ion damage is likely to occur on the surface of the substrate to be processed and the interface between the substrate to be processed and the insulating film. End up.

このような問題に対して、近年、表面波プラズマを発生させる絶縁膜形成装置を用いることにより、プラズマを局在させて、被処理基板上に絶縁膜を形成する方法が提案されている。この場合、プロセスガスとしては、一般に、シランガス(モノシランガス等)が用いられる。  In recent years, a method for forming an insulating film on a substrate to be processed by using an insulating film forming apparatus that generates surface wave plasma to localize the plasma has been proposed. In this case, silane gas (monosilane gas or the like) is generally used as the process gas.

絶縁膜形成装置としては、真空チャンバ、誘電体プレート、ラジアルラインスロットアンテナ、8.3GHzのマイクロ波を発生するマイクロ波発生装置等を備えたものが知られている。真空チャンバは、クリプトンガスと酸素ガスとの混合ガスを導入する第1のガス導入部と、シランガスを導入する第2のガス導入部とを有している。誘電体プレートは、真空チャンバの壁の一部を構成している。ラジアルラインスロットアンテナは、誘電体プレートに沿って設けられている。第1のガス導入部は、第2のガス導入部よりもラジアルラインスロットアンテナ側に設けられている。また、第2のガス導入部は、電子温度が1eV以下となる領域からシランガスが導入されるように、その位置が設定されている。  As an insulating film forming apparatus, an apparatus provided with a vacuum chamber, a dielectric plate, a radial line slot antenna, a microwave generator for generating 8.3 GHz microwave, and the like are known. The vacuum chamber has a first gas introduction part for introducing a mixed gas of krypton gas and oxygen gas, and a second gas introduction part for introducing silane gas. The dielectric plate forms part of the wall of the vacuum chamber. The radial line slot antenna is provided along the dielectric plate. The first gas introduction part is provided closer to the radial line slot antenna than the second gas introduction part. The position of the second gas introduction part is set so that silane gas is introduced from a region where the electron temperature is 1 eV or less.

この絶縁膜形成装置を用いて絶縁膜を形成する場合、以下のようにする。クリプトンガスと酸素ガスとの混合ガスを第1のガス導入部を介して真空チャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナより放射された電磁波を、誘電体プレートを通して真空チャンバ内に透過させる。これにより、酸素及びクリプトンが励振して、真空チャンバ内において表面波プラズマが発生する。そして、この表面波プラズマにより、酸素ラジカルが生成される。第2のガス導入部からシランガスを導入し、酸素ラジカルによってシランガスを分解及び反応させる。これにより、被処理基板上に絶縁膜としての酸化シリコン膜が形成される(例えば、非特許文献1参照。)。  When an insulating film is formed using this insulating film forming apparatus, the following is performed. A mixed gas of krypton gas and oxygen gas is introduced into the vacuum chamber through the first gas introduction unit. The electromagnetic wave radiated from the radial line slot antenna is transmitted through the dielectric plate into the vacuum chamber. As a result, oxygen and krypton are excited to generate surface wave plasma in the vacuum chamber. Then, oxygen radicals are generated by this surface wave plasma. Silane gas is introduced from the second gas introduction part, and the silane gas is decomposed and reacted by oxygen radicals. Thereby, a silicon oxide film as an insulating film is formed on the substrate to be processed (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、他の絶縁膜形成装置としては、プロセスチャンバ、誘電体隔壁、プラズマ励起ガス用シャワープレート、プロセスガス用シャワープレート、ラジアルラインスロットアンテナ、及び、2.45GHzのマイクロ波を発生するマグネトロン等を備えたものが知られている。誘電体隔壁は、ラジアルラインスロットアンテナの下方に設けられている。プラズマ励起ガス用シャワープレートは、誘電体隔壁の下方に設けられている。プロセスガス用シャワープレートは、プラズマ励起ガス用シャワープレートの下方に設けられている。  Other insulating film forming apparatuses include a process chamber, a dielectric partition, a shower plate for plasma excitation gas, a shower plate for process gas, a radial line slot antenna, and a magnetron that generates 2.45 GHz microwaves. What you have is known. The dielectric partition is provided below the radial line slot antenna. The plasma excitation gas shower plate is provided below the dielectric partition. The process gas shower plate is provided below the plasma excited gas shower plate.

この絶縁膜形成装置は、以下のようにして使用する。プラズマ励起ガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プラズマ励起ガスとしての希ガスをプロセスチャンバ内に導入する。ラジアルラインスロットアンテナから放射されたマイクロ波を、プラズマ励起ガス用シャワープレートを介して、プロセスチャンバ内に導入する。これにより、希ガスが励振してプラズマが発生する。プロセスガス用シャワープレートに形成された複数の開口部を介して、プロセスガスを供給する。これにより、プロセスガスがプラズマと反応し、被処理基板に所定の処理が施される(例えば、特許文献2参照。)
一方、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物は、酸化シリコンよりも誘電率が高いため、絶縁膜の材料として注目されている。酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムといった金属酸化物からなる膜(以下、金属酸化膜という)を形成する方法としては、従来、有機金属気相成長法(MOCVD法)、スパッタリング法、又は、原子層堆積法(ALD法)等が知られている。
This insulating film forming apparatus is used as follows. A rare gas as a plasma excitation gas is introduced into the process chamber through a plurality of openings formed in the plasma excitation gas shower plate. Microwaves radiated from the radial line slot antenna are introduced into the process chamber through a plasma excitation gas shower plate. Thereby, noble gas is excited and plasma is generated. Process gas is supplied through a plurality of openings formed in the process gas shower plate. As a result, the process gas reacts with the plasma, and a predetermined process is performed on the substrate to be processed (see, for example, Patent Document 2).
On the other hand, metal oxides such as hafnium oxide and zirconium oxide are attracting attention as materials for insulating films because of their higher dielectric constant than silicon oxide. As a method of forming a film made of a metal oxide such as hafnium oxide or zirconium oxide (hereinafter referred to as a metal oxide film), a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), a sputtering method, or an atomic layer deposition method ( ALD method) is known.

しかしながら、有機金属気相成長法では、原料となる有機金属化合物ガスを、500℃〜700℃に加熱した被処理基板で分解させて膜を成長させるため、ガラス基板やプラスチック基板のように比較的融点の低い被処理基板への適用が困難である。また、スパッタリング法では、ターゲットから反跳した高速中性粒子が被処理基板に衝突するため、被処理基板にダメージを与え易い。さらに、原子層堆積法では、原子層を1層ずつ堆積させていくため、成膜速度が非常に遅い。  However, in the metal organic chemical vapor deposition method, since a metal organic compound gas as a raw material is decomposed on a substrate to be processed heated to 500 ° C. to 700 ° C. to grow a film, it is relatively unlike a glass substrate or a plastic substrate. It is difficult to apply to a substrate to be processed having a low melting point. Further, in the sputtering method, since high-speed neutral particles that have rebounded from the target collide with the substrate to be processed, the substrate to be processed is easily damaged. Furthermore, in the atomic layer deposition method, the atomic layers are deposited one by one, so that the film formation rate is very slow.

このような問題に対して、近年、プラズマを用いて酸化ジルコニウム膜を形成する方法が提案されている。まず、テトラプロポキシジルコニウム(Zr(OC)ガスと酸素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用意する。この時、混合ガス中の酸素ガスとアルゴンガスとの比を1:5とする。被処理基板が設けられたチャンバ内に混合ガスを導入する。チャンバ内にプラズマを発生させて、Zr(OCガス及び酸素ガスをプラズマ放電させる。これにより、被処理基板上に酸化ジルコニウム膜が形成される。(例えば、非特許文献2参照。)In recent years, a method for forming a zirconium oxide film using plasma has been proposed for such problems. First, a mixed gas of tetrapropoxyzirconium (Zr (OC 3 H 7 ) 4 ) gas, oxygen gas, and argon gas is prepared. At this time, the ratio of oxygen gas to argon gas in the mixed gas is set to 1: 5. A mixed gas is introduced into a chamber provided with a substrate to be processed. Plasma is generated in the chamber, and Zr (OC 3 H 7 ) 4 gas and oxygen gas are plasma-discharged. Thereby, a zirconium oxide film is formed on the substrate to be processed. (For example, refer nonpatent literature 2.)

特開平5−345831号公報(段落0013〜段落0016、図1)JP-A-5-345831 (paragraphs 0013 to 0016, FIG. 1) 特開2002−299241号公報(段落0033〜段落0049、図1)JP 2002-299241 A (paragraphs 0033 to 0049, FIG. 1) Hiroki Tanaka et al.“High−Quality Silicon Oxide Film Formed by Diffusion Region Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition and Oxygen Radical Treatment Using Microwave−Excited High−Density Plasma”Jpn.J.Appl.Phys.Vol.42(2003)pp1911−1915Hiroki Tanaka et al. “High-Quality Silicon Oxide Film Formed by Diffusion Region Plasma Enhancing Chemical Vapor Deposition and Oxygen Radiant Treatment Usage.” J. et al. Appl. Phys. Vol. 42 (2003) pp 1911-1915 森岡 怜司、他2名、“金属有機材料を前駆体としたプラズマCVDによる高誘電率ジルコニウム酸化膜の形成”、平成15年1月29日、第20回「プラズマプロセッシング研究会」(社団法人 応用物理学会プラズマエレクトロニクス分科会主催)予稿集、p317〜p318Junji Morioka and two others, “Formation of high-permittivity zirconium oxide film by plasma CVD using metal organic material as a precursor”, January 29, 2003, 20th “Plasma Processing Study Group” Proceedings, sponsored by Physics Society Plasma Electronics Subcommittee, p317-p318

ところで、プロセスガスとして有機シリコン化合物ガスを使用すると、シランガスを使用した場合と比べて被覆性の良好な酸化シリコン膜が得られ易い。これは、有機シリコン化合物がシランと比べて分子容積が大きいためである。したがって、有機シリコン化合物がプラズマによって分解されてなる中間生成物もまた比較的分子容積が大きく、その立体効果により被処理基板の表面でマイグレーションしながら、この被処理基板の表面に比較的均一に付着する。したがって、被覆性の良好な酸化シリコン膜となる。  By the way, when an organic silicon compound gas is used as a process gas, a silicon oxide film having a good coverage is easily obtained as compared with the case where a silane gas is used. This is because the organic silicon compound has a larger molecular volume than silane. Therefore, the intermediate product obtained by decomposing the organosilicon compound by plasma also has a relatively large molecular volume, and it migrates on the surface of the substrate to be processed due to its steric effect, and adheres relatively uniformly to the surface of the substrate to be processed. To do. Therefore, a silicon oxide film with good coverage is obtained.

しかしながら、有機シリコン化合物は、その骨格にアルキル基等を含んでいるため、有機シリコン化合物を過度に分解すると、炭素骨格部分に含まれる炭素原子が、形成される酸化シリコン膜内に不純物として混入し易くなってしまう。すなわち、非特許文献1に記載の技術において用いられているシランガスよりも、過度な分解による弊害が大きいという課題がある。  However, since the organosilicon compound contains an alkyl group or the like in its skeleton, when the organosilicon compound is excessively decomposed, carbon atoms contained in the carbon skeleton portion are mixed as impurities into the formed silicon oxide film. It becomes easy. That is, there is a problem that the harmful effect caused by excessive decomposition is greater than that of the silane gas used in the technique described in Non-Patent Document 1.

一方、非特許文献2に記載の技術では、混合ガス中の酸素ガスの分圧が低く抑えられているため、形成される金属酸化膜中に酸素欠損が生じやすいという問題がある。  On the other hand, the technique described in Non-Patent Document 2 has a problem that oxygen vacancies are likely to occur in the formed metal oxide film because the partial pressure of oxygen gas in the mixed gas is kept low.

本発明は、このような事情にもとづいてなされたもので、被処理基板やこの被処理基板に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板に良好に絶縁膜を形成することができる絶縁膜形成装置を提供することを目的とする。The present invention has been made based on such a situation, and it is possible to satisfactorily provide an insulating film on a substrate to be processed while suppressing damage to the substrate to be processed and the insulating film formed on the substrate to be processed. forming an object to provide a forming apparatus of insulation Enmaku that can have.

本発明の第1の形態に係る絶縁膜の形成装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、The insulating film forming apparatus according to the first aspect of the present invention has a processing container having an electromagnetic wave incident surface on which electromagnetic waves are incident and capable of disposing a substrate to be processed therein,
希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスを前記処理容器内に導入させる第1のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第1のガス導入系と、A first gas introduction system for introducing a first gas containing at least one of a rare gas and an oxygen gas into the processing container; and a first gas introduction system provided in the processing container;
有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第2のガスを前記処理容器内に導入させる第2のガス導入部を有し、前記処理容器内に配置される被処理基板より大きい環状の下部ガス導入管からなる第2のガス導入系と、An annular lower gas introduction pipe having a second gas introduction part for introducing a second gas containing an organosilicon compound or an organometallic compound into the processing container, and having a ring shape larger than the substrate to be processed disposed in the processing container. A second gas introduction system comprising:
前記下部ガス導入管を80℃乃至200℃に加熱する加熱手段と、を具備し、  Heating means for heating the lower gas introduction pipe to 80 ° C. to 200 ° C.,
前記第1のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が10mm未満に設定されているとともに、前記第2のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が10mm以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部の前記電磁波入射面近傍に前記第1のガスによる表面波プラズマを生成し、第1のガスのラジカルを生成させ、  The distance between the first gas introduction part and the electromagnetic wave incident surface is set to less than 10 mm, and the distance between the second gas introduction part and the electromagnetic wave incident surface is set to 10 mm or more. And generating a surface wave plasma by the first gas in the vicinity of the electromagnetic wave incident surface inside the processing container, generating radicals of the first gas,
前記ラジカルが拡散流として前記第2のガス雰囲気に到達し前記第2のガスと反応して前記被処理基板に絶縁膜を形成させることを特徴とする。  The radicals reach the second gas atmosphere as a diffusion flow and react with the second gas to form an insulating film on the substrate to be processed.

本発明の第2の形態に係る絶縁膜の形成装置は、前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する1以上の導波管スロットアンテナを更に具備していることを特徴とする。The insulating film forming apparatus according to the second aspect of the present invention further includes one or more waveguide slot antennas that radiate electromagnetic waves so that the electromagnetic waves enter the processing container from the electromagnetic wave incident surface. It is characterized by.

本発明の第3の形態に係る絶縁膜の形成装置は、前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する複数の導波管スロットアンテナと、これら導波管スロットアンテナが上に配置された外面と、前記電磁波入射面を有する内面とを備えた誘電体部材とを更に具備することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, there is provided an insulating film forming apparatus comprising: a plurality of waveguide slot antennas that radiate electromagnetic waves so that electromagnetic waves are incident on a processing container from the electromagnetic wave incident surface; Is further provided with a dielectric member having an outer surface disposed on the upper surface and an inner surface having the electromagnetic wave incident surface.

処理容器の内部に電磁波入射面から電磁波を入射させると、第1ガス及び第2のガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面から離れた領域には電磁波が届かなくなり、第1のガス及び第2のガスが電磁波によって励振される領域は、電磁波入射面の近傍に限られるようになる。この状態が、表面波プラズマが生じている状態である。  When electromagnetic waves are incident on the inside of the processing container from the electromagnetic wave incident surface, the first gas and the second gas are excited to generate plasma, and the electron density in the plasma near the electromagnetic wave incident surface increases. As the electron density in the plasma near the electromagnetic wave incident surface increases, it becomes difficult for the electromagnetic wave to propagate through the plasma and attenuates in the plasma. Therefore, the electromagnetic wave does not reach the region away from the electromagnetic wave incident surface, and the region where the first gas and the second gas are excited by the electromagnetic wave is limited to the vicinity of the electromagnetic wave incident surface. This state is a state in which surface wave plasma is generated.

つまり、表面波プラズマが生じている状態においては、電磁波によるエネルギーが与えられて化合物の電離が生じる領域が電磁波入射面の近傍に局在する。つまり、表面波プラズマは、電磁波入射面からの距離によってその状態が異なる。また、表面波プラズマが生じている状態においては、被処理基板の表面近傍に生じるシースの電界が小さい。そのため、被処理基板へのイオンの入射エネルギーが低く、イオンによる被処理基板の損傷が少ない。  In other words, in a state where surface wave plasma is generated, a region where ionization of the compound occurs due to the energy of the electromagnetic wave is localized in the vicinity of the electromagnetic wave incident surface. That is, the state of the surface wave plasma varies depending on the distance from the electromagnetic wave incident surface. In the state where surface wave plasma is generated, the electric field of the sheath generated near the surface of the substrate to be processed is small. Therefore, the incident energy of ions on the substrate to be processed is low, and the substrate to be processed is less damaged by the ions.

表面波プラズマが発生する領域の境界は、電磁波入射面(誘電体窓)と処理容器の内部空間(第1のガスが供給されている領域)との界面である。そして、表面波プラズマが発生している状態において、プラズマのエネルギーが高い領域、すなわち、電磁波が到達して第1及び第2のガスを直接励振させている領域は、表皮厚さによって知ることができる。表皮厚さは、電磁波入射面から電磁波の電界が1/eに減衰する位置までの距離を示しており、その値は電磁波の入射面近傍の電子密度に依存する。  The boundary of the region where the surface wave plasma is generated is the interface between the electromagnetic wave incident surface (dielectric window) and the internal space of the processing container (the region where the first gas is supplied). In a state where surface wave plasma is generated, the region where the plasma energy is high, that is, the region where the electromagnetic wave reaches and directly excites the first and second gases can be known from the skin thickness. it can. The skin thickness indicates the distance from the electromagnetic wave incident surface to the position where the electric field of the electromagnetic wave attenuates to 1 / e, and the value depends on the electron density near the electromagnetic wave incident surface.

つまり、表面波プラズマが発生している状態において、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも小さい領域では、高密度のプラズマが発生している。また、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも大きい領域(表皮厚さを外れた領域)では、電磁波は高密度のプラズマによって遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達する。  That is, in a state where surface wave plasma is generated, high-density plasma is generated in a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface is smaller than the skin thickness. Further, in a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface is larger than the skin thickness (region outside the skin thickness), the electromagnetic wave is shielded by high-density plasma and does not reach, and oxygen radicals reach as a diffusion flow.

したがって、処理容器の内部で表面波プラズマを生じさせ、処理容器の内部に配設された被処理基板に絶縁膜を形成するような場合、電磁波入射面からの距離が表皮厚さよりも大きくなるような位置から有機シリコン化合物ガス又は有機金属化合物を含む第2のガスを供給すれば、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の過度な分解を抑止でき、しかも、酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを効率良く反応させ、被処理基板に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜(酸化シリコン膜又は金属酸化物膜)を形成することができると考えられる。  Therefore, when surface wave plasma is generated inside the processing container and an insulating film is formed on the substrate to be processed disposed inside the processing container, the distance from the electromagnetic wave incident surface becomes larger than the skin thickness. If the second gas containing the organosilicon compound gas or the organometallic compound is supplied from any position, excessive decomposition of the organosilicon compound or the organometallic compound can be suppressed, and the oxygen radical and the organosilicon compound or the organometallic compound It is considered that an insulating film (silicon oxide film or metal oxide film) having a good film quality with few oxygen vacancies, uniform and excellent step coverage can be formed on the substrate to be processed.

表皮厚さδは、以下の(1)式で求めることができる。

Figure 2011049595
The skin thickness δ can be obtained by the following equation (1).
Figure 2011049595

ω:電磁波の角振動数
c:真空中の光速(定数)
:電子密度
:カットオフ密度
カットオフ密度nは、以下の(2)式で求めることができる。

Figure 2011049595
ω: angular frequency of electromagnetic wave c: speed of light in vacuum (constant)
n e: electron density n c: cutoff density cutoff density n c can be determined by the following equation (2).
Figure 2011049595

ε:真空中の誘電率(定数)
:電子の質量(定数)
ω:電磁波の角振動数
e:素電荷(定数)
表面波プラズマの分散関係は、以下の(3)式で示される。

Figure 2011049595
ω:電磁波の角振動数
c:真空中の光速(定数)
ε:誘電体窓の誘電率
ω:プラズマの角振動数
プラズマの角振動数ωは、以下の(4)式で求めることができる。
Figure 2011049595
e:素電荷(定数)
:電子密度
ε:真空中の誘電率(定数)
:電子の質量(定数)
電磁波入射面(誘電体窓)とプラズマの境界面を表面波が伝播するには、(3)式の分母が正の値をとる必要がある。そのため、(4)式の関係も含めると、以下の(5)式の関係を満たす必要がある。
Figure 2011049595
ε 0 : dielectric constant in vacuum (constant)
m e : electron mass (constant)
ω: angular frequency of electromagnetic wave e: elementary charge (constant)
The dispersion relationship of the surface wave plasma is expressed by the following equation (3).
Figure 2011049595
ω: angular frequency of electromagnetic wave c: speed of light in vacuum (constant)
ε d : Dielectric constant ω p of dielectric window: Angular frequency of plasma Angular frequency ω p of plasma can be obtained by the following equation (4).
Figure 2011049595
e: Elementary charge (constant)
n 0 : electron density ε 0 : dielectric constant in vacuum (constant)
m e : electron mass (constant)
In order for the surface wave to propagate through the boundary surface between the electromagnetic wave incident surface (dielectric window) and the plasma, the denominator of the expression (3) needs to take a positive value. Therefore, when the relationship of the formula (4) is included, it is necessary to satisfy the relationship of the following formula (5).
Figure 2011049595

:電子密度
ε:真空中の誘電率(定数)
:電子の質量(定数)
ε:誘電体窓の誘電率
e:素電荷(定数)
ω:電磁波の角振動数
(5)式を用いて、国内において工業目的の電磁波使用のため、基本波またはスプリアス発射による電界強度の許容値の特例として、最大許容値を定めずに用いられている周波数(無線設備規則第65条、及び郵政省告示第257号)である、2.45GHz、5.8GHz及び22.125GHzに関して、合成石英(比誘電率3.8)及びアルミナ(比誘電率9.9)を用いた場合にプラズマの境界面を表面波が伝播させるのに必要な電子密度nを求め、そのときの表皮厚さを計算すると表1のようになる。すなわち、2.45GHz以上の周波数において比誘電率が3.8以上の誘電体窓を用い、完全な表面波プラズマ状態にした場合には、表皮厚さは10mm以下になる。

Figure 2011049595
n 0 : electron density ε 0 : dielectric constant in vacuum (constant)
m e : electron mass (constant)
ε d : dielectric constant of dielectric window e: elementary charge (constant)
ω: Uses the angular frequency of the electromagnetic wave (5) as a special case of the allowable value of the electric field strength due to fundamental wave or spurious emission for domestic use of electromagnetic waves for industrial purposes in Japan. Synthetic quartz (relative permittivity 3.8) and alumina (relative permittivity) for 2.45 GHz, 5.8 GHz and 22.125 GHz, which are the frequencies (Radio Equipment Regulations Article 65 and Ministry of Posts and Telecommunications Notification No. 257) When 9.9) is used, the electron density n 0 required for the surface wave to propagate through the plasma interface is obtained, and the skin thickness at that time is calculated as shown in Table 1. That is, when a dielectric window having a relative dielectric constant of 3.8 or higher is used at a frequency of 2.45 GHz or higher and a complete surface wave plasma state is obtained, the skin thickness is 10 mm or lower.
Figure 2011049595

マイクロ波を用いたプロセスでは、前記の周波数、すなわち2.45GHz、5.8GHz及び22.125GHzの高周波電源が用いられることが多く、誘電体窓の材質としては、石英、あるいはアルミナが一般的である。そのため、石英の誘電体窓を使用し、周波数を2.45GHzとしたときの表皮厚さδ以上、つまり、電磁波入射面から10mm以上離れていれば、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達せず、酸素ラジカルは拡散流として到達すると考えられる。  In the process using microwaves, the above-mentioned frequencies, that is, high-frequency power sources of 2.45 GHz, 5.8 GHz, and 22.125 GHz are often used, and quartz or alumina is generally used as the material of the dielectric window. is there. Therefore, if a dielectric window made of quartz is used and the skin thickness is δ or more when the frequency is 2.45 GHz, that is, 10 mm or more away from the electromagnetic wave incident surface, the electromagnetic wave is shielded by high-density plasma. Without it, it is thought that oxygen radicals arrive as a diffusion flow.

また、本発明者らは、電子温度が2eV以下となるような位置から第2のガスを処理容器の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。図10は、電磁波入射面からの距離と電子温度との関係を示している。図10に示すように、プラズマを発生させるための第1のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面から10mm以上離れた領域では、電子温度が大凡2eV以下であり、上述の推論と矛盾しないことがわかった。  In addition, the present inventors can suppress excessive decomposition of the organic silicon compound and the organometallic compound if the second gas is introduced into the processing container from a position where the electron temperature is 2 eV or less. I found out. FIG. 10 shows the relationship between the distance from the electromagnetic wave incident surface and the electron temperature. As shown in FIG. 10, even when the kind and partial pressure of the first gas for generating plasma are changed, the electron temperature is about 2 eV or less in the region away from the electromagnetic wave incident surface by 10 mm or more. It turns out that there is no contradiction with inference.

さらに、本発明者らは、電子密度が電磁波入射面の50%以下に減少するような位置から第2のガスを処理容器の内部に導入すれば、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制できることを突き止めた。図11には、電磁波入射面からの距離と電子密度との関係を示している。図11に示すように、プラズマを発生させるための第1のガスの種類及び分圧を変化させても、電磁波入射面から10mm以上離れた領域では、電子密度は電磁波入射面の50%以下に減少しており、上述の推論と矛盾しないことがわかった。  Furthermore, the inventors of the present invention excessively decomposed the organosilicon compound or organometallic compound if the second gas is introduced into the processing container from a position where the electron density is reduced to 50% or less of the electromagnetic wave incident surface. I found out that it can be suppressed. FIG. 11 shows the relationship between the distance from the electromagnetic wave incident surface and the electron density. As shown in FIG. 11, even if the type and partial pressure of the first gas for generating plasma are changed, the electron density is 50% or less of the electromagnetic wave incident surface in a region separated by 10 mm or more from the electromagnetic wave incident surface. It is decreasing and it turns out that it is not inconsistent with the above reasoning.

このような結果から、本発明者らは、電磁波入射面から10mm以上離れた位置から第2のガスを処理容器の内部に導入することで、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れた絶縁膜(シリコン酸化膜又は金属酸化物膜)を、イオン損傷を殆ど与えることなく被処理基板に形成することができることを突き止めた。  From these results, the present inventors introduce a second gas into the processing vessel from a position 10 mm or more away from the electromagnetic wave incident surface, thereby reducing oxygen deficiency, being uniform, and having excellent step coverage. It has been found that an insulating film (silicon oxide film or metal oxide film) can be formed on a substrate to be processed with little ion damage.

以上のように、第1及び第2の形態に係る絶縁膜の形成方法では、表面波プラズマを用いて被処理基板に絶縁膜を形成する絶縁膜の形成方法であって、第1のガスと第2のガスとを分離して処理容器の内部に供給している。詳しくは、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスを電磁波入射面からの距離が10mm未満となる位置から処理容器の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物を含む第2のガスが前記電磁波入射面からの距離が10mm以上となる位置から処理容器の内部に導入させるようにしている。As described above , the insulating film forming method according to the first and second embodiments is a method for forming an insulating film on a substrate to be processed using surface wave plasma, and includes the first gas and The second gas is separated and supplied into the processing container. Specifically, the first gas containing at least one of the rare gas and the oxygen gas is introduced into the processing container from a position where the distance from the electromagnetic wave incident surface is less than 10 mm, and the second gas containing the organic silicon compound is included. The gas is introduced into the processing container from a position where the distance from the electromagnetic wave incident surface is 10 mm or more.

このように、表面波プラズマを用いることによって、プラズマのエネルギーの高い領域を被処理基板から離れた位置に局在化させることができる。これにより、被処理基板近傍のシース電界が小さくなるため、被処理基板に入射するイオンのエネルギーも減少する。したがって、被処理基板やこの被処理基板に形成される絶縁膜に与えられるイオン損傷を抑制することができる。  Thus, by using surface wave plasma, a region having high plasma energy can be localized at a position away from the substrate to be processed. Thereby, since the sheath electric field in the vicinity of the substrate to be processed is reduced, the energy of ions incident on the substrate to be processed is also reduced. Therefore, ion damage given to the substrate to be processed and the insulating film formed on the substrate to be processed can be suppressed.

しかも、電磁波入射面からの距離が10mm未満となる位置から第1のガスを処理容器の内部に導入するようにしている。電磁波入射面からの距離が10mm未満となる領域では、電磁波による電界で電子が直接に加速されるため、電子のエネルギーが大きい。したがって、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。  Moreover, the first gas is introduced into the processing container from a position where the distance from the electromagnetic wave incident surface is less than 10 mm. In a region where the distance from the electromagnetic wave incident surface is less than 10 mm, electrons are directly accelerated by the electric field due to the electromagnetic waves, and thus the energy of the electrons is large. Therefore, oxygen radicals can be efficiently generated in the processing container.

さらに、電磁波入射面からの距離が10mm以上となる位置から第2のガスを処理容器の内部に導入するようにしている。電磁波入射面からの距離が10mm以上となる領域では、電磁波が高密度のプラズマによって遮蔽されるため、有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができる。したがって、被処理基板に、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。  Furthermore, the second gas is introduced into the processing container from a position where the distance from the electromagnetic wave incident surface is 10 mm or more. In the region where the distance from the electromagnetic wave incident surface is 10 mm or more, the electromagnetic wave is shielded by the high-density plasma, so that the organic silicon compound and the organometallic compound can be prevented from being excessively decomposed. Therefore, it is possible to form an insulating film having a good film quality that has few oxygen vacancies, is uniform, and has excellent step coverage on the substrate to be processed.

また、電磁波入射面から10mm以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子温度が2eV以下となる。このように、電子温度の低い領域、すなわち電子のエネルギーが低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。  In most cases, the electron temperature is 2 eV or less at a position 10 mm or more away from the electromagnetic wave incident surface. Thus, in the region where the electron temperature is low, that is, in the region where the energy of electrons is low and excessive decomposition due to the collision of electrons of the organosilicon compound or organometallic compound is suppressed, the oxygen radical and the organosilicon compound that reach the diffusion flow Alternatively, by reacting with an organometallic compound and depositing an insulating film on the substrate to be processed, there is almost no damage to the substrate to be processed, there is little oxygen deficiency, it is uniform, and the film quality is excellent with excellent step coverage. An insulating film can be formed.

さらに、電磁波入射面から10mm以上離れた位置では、その殆どの場合において、電子密度が電磁波の入射面の50%以下に減少している。このように、電子密度が低い領域、すなわち電子とプロセスガスとの衝突頻度が低く、有機シリコン化合物又は有機金属化合物の電子の衝突による過度な分解が抑止される領域で、拡散流として到達する酸素ラジカルと有機シリコン化合物又は有機金属化合物とを反応させ、被処理基板への絶縁膜堆積を行うことで、被処理基板に損傷を殆ど与えることなく、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる良好な膜質の絶縁膜を形成することができる。  Further, in most cases, the electron density is reduced to 50% or less of the incident surface of the electromagnetic wave at a position 10 mm or more away from the electromagnetic wave incident surface. Thus, oxygen that reaches as a diffusion flow in a region where the electron density is low, that is, a region where collision frequency between electrons and process gas is low and excessive decomposition due to collision of electrons of the organosilicon compound or organometallic compound is suppressed. By reacting radicals with an organosilicon compound or organometallic compound and depositing an insulating film on the substrate to be processed, there is little damage to the substrate to be processed, oxygen vacancies are small, uniform, and step coverage is achieved. An insulating film having excellent film quality can be formed.

お、第1及び第2の形態に係る絶縁膜の形成方法、及び、後述する、本発明の第3の形態に係る絶縁膜形成装置において、「被処理基板」としては、例えば、ガラス基板、石英ガラス基板、セラミックス基板、樹脂基板、又は、シリコンウエハ等の基板を用いることができる。また、「被処理基板」としては、上述のような基板上に、単結晶シリコン、レーザ結晶化や固相結晶化等により形成した多結晶シリコン、微結晶シリコン、又は、アモルファスシリコン等の半導体層が形成されたものを用いてもよい。さらに、「被処理基板」としては、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とを順不同で積層させたものや、上述のような基板上に、半導体層と絶縁膜とが順不同で積層されてなる部分を有する回路素子や回路素子の一部を形成したもの等を用いてもよい。 Contact name method of forming an insulating film according to the first and second embodiment, and will be described later, in the forming apparatus of the third insulating film according to the embodiment of the present invention, the "target substrate" is, for example, glass A substrate such as a substrate, a quartz glass substrate, a ceramic substrate, a resin substrate, or a silicon wafer can be used. In addition, as the “substrate to be processed”, a semiconductor layer such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, microcrystalline silicon, or amorphous silicon formed on the substrate as described above by laser crystallization, solid phase crystallization, or the like. You may use what was formed. Furthermore, as a “substrate to be processed”, a semiconductor layer and an insulating film are stacked in any order on the above-described substrate, or a semiconductor layer and an insulating film are not in any order on the above-described substrate. A circuit element having a stacked portion, a part in which a part of the circuit element is formed, or the like may be used.

1の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第2のガスは、有機シリコン化合物として、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサンのうちの1種以上を含んでいるのが好ましい。このようにすることにより、基板上に膜質の良好な酸化シリコン膜を形成することができる。 When carrying out the method for forming an insulating film according to the first embodiment, the second gas is an organosilicon compound such as tetraalkoxysilane, vinylalkoxysilane, alkyltrialkoxysilane, phenyltrialkoxysilane, polymethyldisiloxane, It preferably contains one or more of polymethylcyclotetrasiloxane. In this way, a silicon oxide film with good film quality can be formed on the substrate.

方、第2の形態に係る絶縁膜の形成方法を実現する場合、第2のガスは、有機金属化合物として、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウムのうちのいずれか1種を含んでいるのが好ましい。トリメチルアルミニウム又はトリエチルアルミニウムを選択することで、被処理基板に酸化アルミニウム膜を形成することができる。テトラプロポキシジルコニウムを選択することで、被処理基板に酸化ジルコニウム膜を形成することができる。ペンタエトキシタンタルを選択することで、被処理基板に酸化タンタル膜を形成することができる。テトラプロポキシハフニウムを選択することで、被処理基板に酸化ハフニウム膜を形成することができる。また、酸化ハフニウムや酸化ジルコニウムは、酸化シリコンよりも誘電率が高い。したがって、テトラプロポキシハフニウムやテトラプロポキシジルコニウムを選択することで、酸化シリコン膜よりも絶縁性の良好な絶縁膜を形成することができる。 Hand, when implementing the method for forming the insulating film according to the second embodiment, the second gas, as the organometallic compound, trimethylaluminum, triethylaluminum, tetrapropoxyzirconium, pentaethoxytantalum, of tetrapropoxide hafnium Any one of them is preferably contained. By selecting trimethylaluminum or triethylaluminum, an aluminum oxide film can be formed on the substrate to be processed. By selecting tetrapropoxyzirconium, a zirconium oxide film can be formed on the substrate to be processed. By selecting pentaethoxytantalum, a tantalum oxide film can be formed on the substrate to be processed. By selecting tetrapropoxy hafnium, a hafnium oxide film can be formed on the substrate to be processed. Further, hafnium oxide and zirconium oxide have a dielectric constant higher than that of silicon oxide. Therefore, by selecting tetrapropoxy hafnium or tetrapropoxy zirconium, it is possible to form an insulating film having better insulating properties than the silicon oxide film.

1及び第2の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第1のガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも1種の希ガスを含んでいるのが好ましい。有機シリコン化合物及び有機金属化合物は、その殆どが構成元素中に酸素を含んでいる。そのため、第1のガスには、必ずしも酸素ガスを含ませなくてもよく、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも1種の希ガスを含ませることで、処理容器内において酸素ラジカルを発生させ、被処理基板に絶縁膜を形成することができる。 When the insulating film forming method according to the first and second embodiments is performed, the first gas contains at least one rare gas of helium, neon, argon, krypton, or xenon. preferable. Most organic silicon compounds and organometallic compounds contain oxygen in the constituent elements. Therefore, the first gas does not necessarily include oxygen gas. By containing at least one rare gas of helium, neon, argon, krypton, or xenon, oxygen can be contained in the processing container. By generating radicals, an insulating film can be formed on the substrate to be processed.

ただし、第1のガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、又はキセノンのうちの少なくとも1種の希ガスと酸素ガスとを含んでいるガスを用いるのがさらに好ましい。このようにすることにより、処理容器内において酸素ラジカルを多く発生させ、被処理基板に酸素欠損の少ない絶縁膜を形成することができる。  However, as the first gas, it is more preferable to use a gas containing at least one rare gas of helium, neon, argon, krypton, or xenon and oxygen gas. By doing so, it is possible to generate a large amount of oxygen radicals in the processing container and to form an insulating film with few oxygen vacancies on the substrate to be processed.

第1のガスが酸素ガスを含んでいる場合、酸素ガスを処理容器の内部に供給する際の流量が、第2のガスを処理容器の内部に供給する際の流量よりも多くなるように設定するのが好ましい。このようにすることにより、第2のガスが導入される位置よりも下方において、酸素ラジカルを第2のガスよりも多く存在させることができる。したがって、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるので、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜を形成することができる。  When the first gas contains oxygen gas, the flow rate when supplying the oxygen gas into the processing container is set to be higher than the flow rate when supplying the second gas into the processing container. It is preferable to do this. By doing in this way, oxygen radicals can exist more than the second gas below the position where the second gas is introduced. Therefore, since the oxidation of silicon atoms in the organic silicon compound and metal atoms in the organometallic oxide is promoted, a high-quality oxide film with fewer oxygen vacancies can be formed.

本発明の第3の形態に係る絶縁膜形成装置は、電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスを前記処理容器内に導入させる第1のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第1のガス導入系と、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第2のガスを前記処理容器内に導入させる第2のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第2のガス導入系とを具備し、前記第1のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が10mm未満に設定されているとともに、前記第2のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が10mm以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部に前記第1及び第2のガスによる表面波プラズマが生成可能である。Forming apparatus of the insulating film according to a third embodiment of the present invention has an electromagnetic wave incident plane wave is incident, and arranged capable process chamber a substrate to be processed therein, of the rare gas and oxygen gas A first gas introduction unit configured to introduce a first gas containing at least one into the processing container; and a first gas introduction system provided in the processing container; and an organic silicon compound or an organometallic compound. A second gas introduction unit configured to introduce a second gas into the processing container; and a second gas introduction system provided in the processing container, wherein the first gas introduction unit and the electromagnetic wave are provided. The distance from the incident surface is set to be less than 10 mm, the distance between the second gas introduction part and the electromagnetic wave incident surface is set to 10 mm or more, and the interior of the processing container And a surface wave plastic using the first and second gases. Ma can be generated.

本発明の第3の形態に係る絶縁膜形成装置では、第1のガスを導入するための第1のガス導入部と電磁波入射面との間の距離を10mm未満、第2のガスを導入するための第2のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離を10mm以上としている。このようにすることにより、第1のガスをプラズマの密度が比較的高い領域に供給することができる。そのため、処理容器内において酸素ラジカルを効率良く生成させることができる。しかも、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第2のガスを、高密度のプラズマによって電磁波が遮蔽されて到達しない領域に供給することができる。そのため、電子の衝突によって有機シリコン化合物や有機金属化合物が過度に分解されるのを抑制することができ
る。
In forming apparatus of the third insulating film according to the embodiment of the present invention, the distance of less than 10mm between the first gas inlet and the electromagnetic wave incident face for introducing a first gas, introducing the second gas For this purpose, the distance between the second gas introduction part and the electromagnetic wave incident surface is set to 10 mm or more. In this way, the first gas can be supplied to a region where the plasma density is relatively high. Therefore, oxygen radicals can be efficiently generated in the processing container. In addition, the second gas containing an organosilicon compound or an organometallic compound can be supplied to a region where electromagnetic waves are shielded by high-density plasma and do not reach. Therefore, excessive decomposition of the organosilicon compound or the organometallic compound due to the collision of electrons can be suppressed.

したがって、本発明の第3の形態に係る絶縁膜形成装置を用いることで、被処理基板に、酸素欠損が少なく、膜質が良好であって、かつ、段差被覆性に優れた高品質な絶縁膜を形成することができる。Accordingly, by using the forming apparatus of the third insulating film according to the embodiment of the present invention, the substrate to be processed, less oxygen deficiency, the film quality is a good and high quality with excellent step coverage insulation A film can be formed.

ところで、処理容器内において酸素ラジカルをより効率良く生成するためには、誘電体部材近傍の領域、特に表面波プラズマ状態でも電磁波が到達してガスを直接励振している領域、すなわち表皮厚さで示される領域に酸素を供給することが望ましい。つまり、酸素ガスを含む第1のガスを用いる場合、この第1のガスは、表皮厚さで示される領域内に供給するのが好ましい。  By the way, in order to generate oxygen radicals more efficiently in the processing container, in the region near the dielectric member, particularly in the region where the electromagnetic wave reaches and directly excites the gas even in the surface wave plasma state, that is, the skin thickness. It is desirable to supply oxygen to the area shown. That is, when using the 1st gas containing oxygen gas, it is preferable to supply this 1st gas in the area | region shown by skin thickness.

したがって、第3の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、酸素ガスを含む第1のガスを用いるとともに、第1のガス導入部と電磁波入射面との間の距離が表面波プラズマの表皮厚さよりも小さくなるような領域に第1のガス導入部を設けるか、或いは、第1のガス導入部を誘電体部材と一体化に形成するのが好ましい。このようにすることにより、電磁波による電界で電子が直接に加速されている領域に酸素を供給することができるため、第1のガス導入系から供給される第1のガスを誘電体部材近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成することができる。しかも、第1のガス導入系から供給される第1のガスによって誘電体部材近傍で生じた酸素ラジカルを第2のガス導入系から供給される第2のガスと十分に反応させることができる。そのため、酸素欠損が少なく、均一で、段差被覆性に優れる膜質の良好な絶縁膜を、良好な膜形成速度で形成することができる。 Therefore, when carrying out the method of forming the insulating film according to the third embodiment, with using the first gas containing oxygen gas, the distance is surface wave plasma between the first gas inlet and the electromagnetic wave incident face It is preferable that the first gas introduction part is provided in a region where the thickness is smaller than the thickness of the first skin, or the first gas introduction part is formed integrally with the dielectric member. By doing so, oxygen can be supplied to a region where electrons are directly accelerated by an electric field generated by electromagnetic waves. Therefore, the first gas supplied from the first gas introduction system is placed near the dielectric member. It can be efficiently decomposed to generate oxygen radicals efficiently. In addition, oxygen radicals generated in the vicinity of the dielectric member by the first gas supplied from the first gas introduction system can be sufficiently reacted with the second gas supplied from the second gas introduction system. Therefore, an insulating film with few oxygen vacancies, a uniform, and excellent film quality with excellent step coverage can be formed at a good film formation rate.

また、有機シリコン化合物や有機金属化合物は、モノシラン等と比べて沸点が高いことが多い。そのため、上記特許文献2に記載の絶縁膜形成装置を用いて絶縁膜を形成する場合、有機シリコン化合物や有機金属化合物のように沸点が高い化合物をプロセスガスとして採用すると、プロセスガスの一部が液化して、プロセスガス用シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部の一部を閉塞させてしまうことがある。このように、プロセスガス用シャワープレートが閉塞されると、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給が不均一となったりすることがある。  In addition, organosilicon compounds and organometallic compounds often have higher boiling points than monosilane and the like. Therefore, when an insulating film is formed using the insulating film forming apparatus described in Patent Document 2, if a compound having a high boiling point such as an organic silicon compound or an organometallic compound is used as a process gas, a part of the process gas is generated. It may liquefy and block some of the plurality of gas discharge openings formed in the process gas shower plate. As described above, when the process gas shower plate is closed, the process gas may not be stably supplied into the processing container, or the supply thereof may become uneven.

したがって、特許文献2に記載の絶縁膜形成装置では、有機シリコン化合物ガスの供給量が不均一になり易い。絶縁膜の形成速度は、供給されるプロセスガスの量と関係するため、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給量が不均一であったりすると、膜厚の均一性が損なわれてしまう。  Therefore, in the insulating film forming apparatus described in Patent Document 2, the supply amount of the organic silicon compound gas tends to be non-uniform. Since the formation rate of the insulating film is related to the amount of process gas supplied, if the process gas is not stably supplied into the processing container or the supply amount is non-uniform, the uniformity of the film thickness is It will be damaged.

そのため、第3の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、第2のガス導入系は、加熱手段を備えているのが好ましい。このようにすることにより、有機シリコン化合物や有機金属化合物を含む第2のガスが第2のガス導入系のガス導入部から均一に導入されるような所定の温度に保つことができる。 Me other, when carrying out the method for forming the insulating film according to the third embodiment, the second gas supply system is preferably provided with a heating means. By doing so, the second gas containing the organic silicon compound or the organometallic compound can be kept at a predetermined temperature such that the second gas is uniformly introduced from the gas introduction part of the second gas introduction system.

第2のガス導入系が加熱手段を備えている場合、この加熱手段としては、被処理基板を80℃乃至200℃程度の温度に保持可能なものを採用するのが好ましい。第2のガス導入部を80℃乃至200℃の温度に保持することにより、第2のガスとして、有機シリコン化合物や有機金属化合物といった沸点の高いガスを用いる場合にも、第2のガスの液化によるガス供給量の変動が抑止され、膜厚の安定した絶縁膜を形成することができる。  When the second gas introduction system includes a heating unit, it is preferable to employ a heating unit that can hold the substrate to be processed at a temperature of about 80 ° C. to 200 ° C. By holding the second gas introduction part at a temperature of 80 ° C. to 200 ° C., even when a gas having a high boiling point such as an organic silicon compound or an organometallic compound is used as the second gas, the liquefaction of the second gas is performed. The variation in the gas supply amount due to is suppressed, and an insulating film having a stable film thickness can be formed.

加熱手段は、例えば、第2のガス導入系と熱的に接続した状態で、処理容器の外部に設けるのが好ましい。このようにすることにより、構造を複雑にすることなく、第2のガス導入系の加熱を行うことができる。また、加熱手段は、例えば、第2のガス導入系の構造壁内に循環路を設けるとともに、この循環路に高温流体(高温気体又は高温液体)を流通させることで構成してもよい。この構成によれば、高温流体を構造壁内に循環させることで、第2のガス導入系全体にすばやく熱エネルギーを伝えることができる。したがって、第2のガス導入系を均等に加熱することができる。加熱手段としては、例えば、ヒータを用いることができるが、これに限定されるものではない。  The heating means is preferably provided outside the processing vessel, for example, in a state of being thermally connected to the second gas introduction system. By doing so, the second gas introduction system can be heated without complicating the structure. The heating means may be configured, for example, by providing a circulation path in the structural wall of the second gas introduction system and circulating a high-temperature fluid (high-temperature gas or high-temperature liquid) through this circulation path. According to this configuration, heat energy can be quickly transmitted to the entire second gas introduction system by circulating the high-temperature fluid in the structural wall. Therefore, the second gas introduction system can be heated evenly. As the heating means, for example, a heater can be used, but is not limited thereto.

さらに、特許文献2に記載の絶縁膜形成装置では、プロセスガスは、プロセスガス用シャワープレートの一端側からこのプロセスガス用シャワープレート内に導入され、このプロセスガス用シャワープレート内を流通しながら、このプロセスガス用シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部から放出するように構成されている。そのため、シャワープレートに形成されたガス放出用の複数の開口部から放出されるプロセスガスの量は、有機シリコン化合物ガスが導入される一端側が多く、この一端側から離れるにつれて少なくなる。上述のように、プロセスガスが処理容器内に安定に供給されなかったり、その供給量が不均一であったりすると、膜厚の均一性が損なわれてしまう。  Furthermore, in the insulating film forming apparatus described in Patent Document 2, the process gas is introduced into the process gas shower plate from one end side of the process gas shower plate, and flows through the process gas shower plate. The process gas shower plate is configured to discharge gas from a plurality of gas discharge openings. Therefore, the amount of the process gas released from the plurality of gas discharge openings formed in the shower plate is large at one end side where the organic silicon compound gas is introduced, and decreases as the distance from the one end side increases. As described above, if the process gas is not stably supplied into the processing container or the supply amount thereof is not uniform, the uniformity of the film thickness is impaired.

そのため、第3の形態に係る絶縁膜の形成方法を実施する場合、例えば、第2のガス導入部を、複数のガス噴出口を有するシャワープレートとするとともに、複数のガス噴出口の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対するガス噴出口のコンダクタンス(物理的抵抗の逆数)が小さく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対するガス噴出口のコンダクタンスが大きくなるように設定するのが好ましい。具体的には、例えば、複数のガス噴出口の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定するとよい。更に好ましくは、ガス噴出口のコンダクタンス(ガス噴出口の単位面積あたりの開口比率)は、シャワープレートから処理容器の内部に供給される第2のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、第2のガスを処理容器内に均一性良く供給することができるため、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。 Me other, when carrying out the method for forming the insulating film according to the third embodiment, for example, the second gas inlet, as well as a shower plate having a plurality of gas ejection ports, a unit of a plurality of gas ejection outlets The opening ratio per area is such that the conductance (reciprocal of physical resistance) of the gas outlet to the gas flow is small on the upstream side of the gas flow in the shower plate, and the gas flow rate in the shower plate is on the downstream side of the gas flow. It is preferable to set so that the conductance of the gas outlet with respect to the flow is increased. Specifically, for example, the opening ratio per unit area of the plurality of gas outlets may be set so that the upstream side of the gas flow in the shower plate is small and the downstream side of the gas flow is large. More preferably, the conductance of the gas outlet (opening ratio per unit area of the gas outlet) has a substantially uniform distribution of the supply amount of the second gas supplied from the shower plate to the inside of the processing container. It is good to set as follows. By doing so, the second gas can be supplied into the processing container with good uniformity, so that an insulating film with good uniformity can be formed on the substrate to be processed.

また、第2のガス導入部を、開口部を備えた隔壁で区切られたシャワープレートとする場合、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対する隔壁のコンダクタンスが大きく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対する隔壁のコンダクタンスが小さくなるように、シャワープレートの内部にガスの流れを調整する複数の隔壁を設けるとともに、隔壁で区分される各領域に夫々対応させて、夫々ガス噴出口を設けるのが好ましい。具体的には、例えば、複数の隔壁を、シャワープレート内のガス流の上流側で低く、ガス流の下流側が高くなるように設定するとよい。更に好ましくは、隔壁の大きさや位置は、シャワープレートから供給される第2のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、シャワープレート内での第2のガスの流れが制御されるため、第2のガスを処理容器内に均一性良く供給することが可能となり、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。  Further, when the second gas introduction part is a shower plate partitioned by a partition wall having an opening, the conductance of the partition wall with respect to the gas flow is large on the upstream side of the gas flow in the shower plate, and the shower plate has a large conductance. A plurality of partition walls for adjusting the gas flow are provided in the shower plate so that the conductance of the partition walls with respect to the gas flow is reduced on the downstream side of the gas flow. Thus, it is preferable to provide gas outlets, respectively. Specifically, for example, the plurality of partition walls may be set so as to be lower on the upstream side of the gas flow in the shower plate and higher on the downstream side of the gas flow. More preferably, the size and position of the partition are set so that the distribution of the supply amount of the second gas supplied from the shower plate is substantially uniform. By doing so, since the flow of the second gas in the shower plate is controlled, it is possible to supply the second gas into the processing container with good uniformity, and the uniformity in the shape of the substrate to be processed. Can be formed.

さらに、第2のガス導入部を、複数のガス噴出口を有するシャワープレートとする場合、シャワープレートの内部に、第2のガスが導入されるガス導入口を有する第1のガス室と、複数のガス噴出口を有する第2のガス室とを設けるとともに、第1のガス室と第2のガス室との間でガスの流れを調整する複数の開口部を有する拡散板を介して接続し、且つ、複数の開口部の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側で、このガス流に対する開口部のコンダクタンスが小さく、シャワープレート内のガス流の下流側で、このガス流に対する開口部のコンダクタンスが大きくなるように設定するのが好ましい。具体的には、例えば、複数の開口部の単位面積あたりの開口比率を、シャワープレート内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定するとよい。更に好ましくは、開口部のコンダクタンス(開口部の単位面積あたりの開口比率)は、シャワープレートから処理容器の内部に供給される第2のガスの供給量の分布が実質的に均一となるように設定するとよい。このようにすることにより、シャワープレート内での第2のガスの流れが制御されるため、第2のガスを処理容器内に均一性良く供給することが可能となり、被処理基板状に均一性の良好な絶縁膜を形成することができる。  Further, when the second gas introduction part is a shower plate having a plurality of gas ejection ports, a plurality of first gas chambers having a gas introduction port into which the second gas is introduced, and a plurality of gas outlets are provided inside the shower plate. And a second gas chamber having a gas jet port of the first gas chamber and a second gas chamber connected via a diffusion plate having a plurality of openings for adjusting the gas flow between the first gas chamber and the second gas chamber. In addition, the opening ratio per unit area of the plurality of opening portions is determined such that the conductance of the opening portion with respect to the gas flow is small on the upstream side of the gas flow in the shower plate and the downstream side of the gas flow in the shower plate is It is preferable to set the conductance of the opening with respect to the gas flow to be large. Specifically, for example, the opening ratio per unit area of the plurality of openings may be set so that the upstream side of the gas flow in the shower plate is small and the downstream side of the gas flow is large. More preferably, the conductance of the opening (opening ratio per unit area of the opening) is such that the distribution of the supply amount of the second gas supplied from the shower plate into the processing container is substantially uniform. It is good to set. By doing so, since the flow of the second gas in the shower plate is controlled, it is possible to supply the second gas into the processing container with good uniformity, and the uniformity in the shape of the substrate to be processed. Can be formed.

また、本発明の第3の形態に係る絶縁膜形成装置を実施する場合、第2のガス導入系が処理容器に取り付けられている取り付け部分を誘電体によって形成するとよい。このような構成をとることにより、金属などの導体を用いた場合に比べて、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの過渡状態において、第2のガス導入部が電磁界やプラズマに与える影響を低減し、安定したプラズマ放電が実現できる。In addition, if the forming device of the third insulating film according to the embodiment of the present invention, a mounting portion where the second gas introduction system is attached to the processing chamber may be formed by a dielectric. By adopting such a configuration, the second gas introduction part is changed to an electromagnetic field or plasma in a transient state until the plasma at the initial stage of discharge reaches a surface wave plasma state as compared with the case where a conductor such as metal is used. The effect on the plasma can be reduced and stable plasma discharge can be realized.

さらに、本発明の第3の形態に係る絶縁膜形成装置を実施する場合、アンテナは、1以上の導波管型スロットアンテナを有しているのが好ましい。このような構成をとることにより、誘電損失が少なく大電力に耐えるアンテナが得られるため、絶縁膜形成装置の大型化が容易となる。大型液晶表示装置に適用される大型基板に絶縁膜を形成するような絶縁膜形成装置とする場合には、複数の導波管スロットアンテナを、誘電体部材の外面と対向するように互いに並べて配設するのが更に好ましい。なお、アンテナは、導波管スロットアンテナを有するものに限定されるものではなく、電磁波を処理容器に向けて放射することが可能なものであればよい。Furthermore, when carrying out forming apparatus of the third insulating film according to the embodiment of the present invention, the antenna preferably has one or more waveguide type slot antenna. By adopting such a configuration, an antenna that can withstand high power with little dielectric loss can be obtained, so that the size of the insulating film forming apparatus can be easily increased. In an insulating film forming apparatus that forms an insulating film on a large substrate applied to a large liquid crystal display device, a plurality of waveguide slot antennas are arranged side by side so as to face the outer surface of the dielectric member. More preferably, it is provided. The antenna is not limited to the one having a waveguide slot antenna, and any antenna that can radiate electromagnetic waves toward the processing container may be used.

以下、本発明の第1の実施形態を、図1乃至図3を参照して説明する。本実施形態では、絶縁膜の形成方法の一実施形態、及び、本発明の絶縁膜形成装置の一実施形態について説明する。A first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. In this embodiment, one embodiment of a method of forming insulation Enmaku, and, an embodiment of an insulating film forming apparatus of the present invention will be described.

図1は、絶縁膜形成装置の一例を示している。本実施形態の絶縁膜形成装置1は、処理容器としての真空容器2、1つ以上例えば9つの誘電体部材3、基板支持台4、ガス排出系5、第1のガス導入系としての上部ガス導入系6、第2のガス導入系としての下部ガス導入系7、高周波電源8、導波管9、1つ以上例えば9つの導波管スロットアンテナ10を有するアンテナ、及び、加熱手段11等を備えている。  FIG. 1 shows an example of an insulating film forming apparatus. The insulating film forming apparatus 1 of this embodiment includes a vacuum vessel 2 as a processing vessel, one or more, for example, nine dielectric members 3, a substrate support 4, a gas discharge system 5, and an upper gas as a first gas introduction system. An introduction system 6, a lower gas introduction system 7 as a second gas introduction system, a high-frequency power source 8, a waveguide 9, an antenna having one or more, for example, nine waveguide slot antennas 10, and a heating means 11 are provided. I have.

前記真空容器2は、上壁2a、底壁2b、及び、上壁2aの周縁と底壁2bの周縁とを繋ぐ周壁2cを有して、内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。上壁2a、底壁2b、及び周壁2cを形成する材料としては、例えばアルミニウム等の金属材料を用いることができる。  The vacuum container 2 has an upper wall 2a, a bottom wall 2b, and a peripheral wall 2c that connects the peripheral edge of the upper wall 2a and the peripheral edge of the bottom wall 2b, and the inside can be decompressed to a vacuum state or the vicinity thereof. It is formed with possible strength. As a material for forming the upper wall 2a, the bottom wall 2b, and the peripheral wall 2c, for example, a metal material such as aluminum can be used.

上壁2aには、真空容器2の壁の一部を構成するように、誘電体部材3が設けられている。この誘電体部材3もまた、真空容器2の内部を真空状態或いはその近傍にまで減圧することが可能な強度に形成されている。誘電体部材3を形成する誘電体材料としては、例えば合成石英等を用いることができる。  A dielectric member 3 is provided on the upper wall 2 a so as to constitute a part of the wall of the vacuum vessel 2. The dielectric member 3 is also formed with such a strength that the inside of the vacuum vessel 2 can be depressurized to a vacuum state or the vicinity thereof. As a dielectric material for forming the dielectric member 3, for example, synthetic quartz or the like can be used.

詳しくは、図1及び図2に示すように、上壁2aは、1つ以上例えば9つの開口部12を有している。これら開口部12は、夫々、横断面略T字状の細長な空間を形成している。これら開口部12は、夫々所定の間隔を置いて互いに平行に設けられている。1つ以上例えば9つの誘電体部材3は、夫々、開口部12に嵌合するような横断面略T字状の細長部材とされている。これら誘電体部材3は、対応する開口部12に嵌合させることで、当該開口部12を夫々気密に閉塞している。つまり、真空容器2の上壁2aには、真空容器2の壁の一部を構成するように、複数の誘電体部材3が互いに並べて設けられている。そして、上壁2aは、真空容器2の壁の一部であるとともに、誘電体部材3を支持する梁としても機能している。以下、誘電体部材を誘電体窓3と言う。  Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the upper wall 2 a has one or more, for example, nine openings 12. Each of these openings 12 forms an elongated space having a substantially T-shaped cross section. These openings 12 are provided in parallel with each other at a predetermined interval. One or more, for example, nine dielectric members 3 are each an elongated member having a substantially T-shaped cross section that fits into the opening 12. These dielectric members 3 are fitted in the corresponding openings 12 to close the openings 12 in an airtight manner. That is, a plurality of dielectric members 3 are arranged on the upper wall 2a of the vacuum vessel 2 so as to constitute a part of the wall of the vacuum vessel 2. The upper wall 2 a is a part of the wall of the vacuum vessel 2 and also functions as a beam that supports the dielectric member 3. Hereinafter, the dielectric member is referred to as a dielectric window 3.

また、前記真空容器2は、図示しないが、上壁2aと誘電体窓3との間を封止する封止機構を有している。封止機構は、例えば、開口部12を規定する壁にその周方向に沿って設けられた溝と、この溝に沿って設けられたO−リングとを有している。この封止機構により、開口部12を規定する壁と誘電体窓3との間がシールされている。  The vacuum vessel 2 has a sealing mechanism that seals between the upper wall 2a and the dielectric window 3 (not shown). The sealing mechanism includes, for example, a groove provided along the circumferential direction of the wall defining the opening 12 and an O-ring provided along the groove. By this sealing mechanism, a gap between the wall defining the opening 12 and the dielectric window 3 is sealed.

真空容器2の内部には、被処理基板100を支持する前記基板支持台4が設けられている。本実施形態では、この基板支持台4は、例えば、被処理基板100が後述するガス噴出口22aの下方25mmの位置に保持されるように、その配設位置が設定されている。  Inside the vacuum vessel 2, the substrate support 4 for supporting the substrate to be processed 100 is provided. In the present embodiment, the arrangement position of the substrate support 4 is set so that the substrate 100 to be processed is held at a position 25 mm below a gas jet port 22a described later, for example.

前記高周波電源8としては、例えば、2.45GHzの電源を用いることができる。真空容器2の上方には、複数の誘電体窓3に対応するように、複数の導波管スロットアンテナ10が夫々設けられている。これら導波管スロットアンテナ10は、夫々、管壁の一部にスリット状の開口部10aを設けたものであり、当該開口部10a近傍で起きる電磁界結合を利用して電磁波を放射することで、夫々がアンテナとして機能する。複数の導波管スロットアンテナ10は、複数の誘電体窓3の外面と夫々対向するように互いに並べて配設されている。互いに隣り合う導波管スロットアンテナ10は各々接続されている。  As the high frequency power source 8, for example, a power source of 2.45 GHz can be used. A plurality of waveguide slot antennas 10 are provided above the vacuum vessel 2 so as to correspond to the plurality of dielectric windows 3. Each of these waveguide slot antennas 10 is provided with a slit-like opening 10a in a part of a tube wall, and radiates electromagnetic waves by using electromagnetic coupling generated in the vicinity of the opening 10a. Each functions as an antenna. The plurality of waveguide slot antennas 10 are arranged side by side so as to face the outer surfaces of the plurality of dielectric windows 3. Adjacent waveguide slot antennas 10 are connected to each other.

導波管スロットアンテナ10は、一般に金属で構成されるため、誘電体で形成されたアンテナと比べて誘電損失が少なく、大電力に対する耐性が高いという特長がある。また、導波管スロットアンテナ10は、構造が単純で放射特性の設計が比較的正確に行えるため、大型基板用の絶縁膜形成装置に好適である。特に、複数の導波管スロットアンテナ10を互いに並べて配置した本実施形態の絶縁膜形成装置1は、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板に絶縁膜を形成する場合に好適である。  Since the waveguide slot antenna 10 is generally made of metal, the waveguide slot antenna 10 has features that it has less dielectric loss and higher resistance to large power than an antenna formed of a dielectric. In addition, the waveguide slot antenna 10 is suitable for an insulating film forming apparatus for a large substrate because the structure is simple and the design of radiation characteristics can be performed relatively accurately. In particular, the insulating film forming apparatus 1 of this embodiment in which a plurality of waveguide slot antennas 10 are arranged side by side is suitable for forming an insulating film on a rectangular substrate having a large area used for a large liquid crystal display device or the like. It is.

複数の導波管スロットアンテナ10のうちの1つ、例えば、最も高周波電源8側の導波管スロットアンテナ10は、導波管9を介して高周波電源8と接続されている。これにより、高周波電源8が発生した電磁波は、導波管9によって、各導波管スロットアンテナ10に導かれる。つまり、この絶縁膜形成装置1では、導波管スロットアンテナ10に導かれた電磁波は、誘電体窓3を透過して真空容器2の内部に入射することとなる。したがって、誘電体窓3の内面が電磁波入射面Fとなる。  One of the plurality of waveguide slot antennas 10, for example, the waveguide slot antenna 10 closest to the high frequency power supply 8 is connected to the high frequency power supply 8 through the waveguide 9. As a result, the electromagnetic wave generated by the high frequency power supply 8 is guided to each waveguide slot antenna 10 by the waveguide 9. That is, in the insulating film forming apparatus 1, the electromagnetic wave guided to the waveguide slot antenna 10 passes through the dielectric window 3 and enters the vacuum vessel 2. Therefore, the inner surface of the dielectric window 3 becomes the electromagnetic wave incident surface F.

また、真空容器2には、前記ガス排出系5と、前記上部ガス導入系6と、前記下部ガス導入系7とが設けられている。ガス排出系5は、真空容器2の内部と連通するようにこの真空容器2に設けられたガス排出部5a、及び、真空排気システム5b等を有している。真空排気システム5bは、例えば、ターボ分子ポンプ等を用いることができる。この真空排気システム5bを稼動させることにより、真空容器2の内部を所定の真空度に達するまで排気することができる。  The vacuum vessel 2 is provided with the gas discharge system 5, the upper gas introduction system 6, and the lower gas introduction system 7. The gas discharge system 5 includes a gas discharge unit 5a provided in the vacuum vessel 2 so as to communicate with the inside of the vacuum vessel 2, a vacuum exhaust system 5b, and the like. As the vacuum exhaust system 5b, for example, a turbo molecular pump or the like can be used. By operating the vacuum exhaust system 5b, the inside of the vacuum vessel 2 can be exhausted until a predetermined degree of vacuum is reached.

上部ガス導入系6は、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスを真空容器2の内部に導入するためのものである。本実施形態の絶縁膜形成装置1では、上部ガス導入系6は、例えば、第1のガス導入部としての上部ガス導入管21を有している。  The upper gas introduction system 6 is for introducing a first gas containing at least one of a rare gas and an oxygen gas into the vacuum vessel 2. In the insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment, the upper gas introduction system 6 has, for example, an upper gas introduction pipe 21 as a first gas introduction part.

上部ガス導入管21は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。なお、上部ガス導入管21が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、上部ガス導入管21は、誘電体材料で形成するのが好ましい。しかしながら、管の形成する際の加工を考慮すると、上部ガス導入管21は、金属材料で形成する方が安価で容易である。そのため、上部ガス導入管21を金属材料で形成するような場合には、上部ガス導入管21の外面に絶縁膜を形成しておくとよい。  The upper gas introduction pipe 21 is formed of a metal such as aluminum, stainless steel, or titanium, or a dielectric such as silicon oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride. In consideration of the influence of the upper gas introduction pipe 21 on the electromagnetic field and plasma, the upper gas introduction pipe 21 is preferably formed of a dielectric material. However, considering the processing when forming the tube, it is cheaper and easier to form the upper gas introduction tube 21 from a metal material. Therefore, when the upper gas introduction pipe 21 is formed of a metal material, an insulating film may be formed on the outer surface of the upper gas introduction pipe 21.

上部ガス導入管21は、図2に示すように、誘電体窓3が形成されている領域を避けて、真空容器2の上壁2a(梁)の内面に沿って設けられている。詳しくは、上部ガス導入管21は、複数の配管部21bと1つの延出部21cとを有している。複数の配管部21bは、真空容器2の上壁2a(梁)の内面に沿うように互いに平行に配管されている。延出部21cは、これら配管部21bと直交するように配管されているとともに、これら配管部21bを互いに連通させている。この延出部21cの両端は、真空容器2の周壁2cを介して、真空容器2の外方に延出している。延出部21cの両端又は一端には、上記第1のガスを収容する第1のガスシリンダ(図示せず)を着脱自在に取り付けることができるようになっている。  As shown in FIG. 2, the upper gas introduction pipe 21 is provided along the inner surface of the upper wall 2 a (beam) of the vacuum vessel 2, avoiding the region where the dielectric window 3 is formed. Specifically, the upper gas introduction pipe 21 has a plurality of piping parts 21b and one extending part 21c. The plurality of piping parts 21b are connected in parallel to each other so as to follow the inner surface of the upper wall 2a (beam) of the vacuum vessel 2. The extending part 21c is piped so as to be orthogonal to the pipe parts 21b and communicates the pipe parts 21b with each other. Both ends of the extending portion 21 c extend outward of the vacuum vessel 2 through the peripheral wall 2 c of the vacuum vessel 2. A first gas cylinder (not shown) that accommodates the first gas can be detachably attached to both ends or one end of the extending portion 21c.

これら配管部21bには、夫々、複数のガス噴出口21aが長手方向に略等間隔で設けられている。したがって、複数のガス噴出口21aは、略同一面上に位置することとなる。これらガス噴出口21aは、電磁波入射面Fからの距離L1が表面波プラズマの表皮厚さδよりも小さくなる位置に設けられている。本実施形態では、これらガス噴出口21aが形成されている仮想平面F1と電磁波入射面Fとの距離L1が10mm未満、例えば、3mmとなるように、上部ガス導入管21が形成されており、上部ガス導入管21を配管することで、複数のガス噴出口21aが電磁波入射面Fの下方3mmの位置に設けられるようになっている(図1参照)。  A plurality of gas outlets 21a are provided in the pipe portions 21b at substantially equal intervals in the longitudinal direction. Therefore, the plurality of gas ejection ports 21a are located on substantially the same plane. These gas outlets 21a are provided at positions where the distance L1 from the electromagnetic wave incident surface F is smaller than the skin thickness δ of the surface wave plasma. In the present embodiment, the upper gas introduction pipe 21 is formed so that the distance L1 between the virtual plane F1 where the gas jet ports 21a are formed and the electromagnetic wave incident surface F is less than 10 mm, for example, 3 mm. By piping the upper gas introduction pipe 21, a plurality of gas outlets 21a are provided at a position 3 mm below the electromagnetic wave incident surface F (see FIG. 1).

下部ガス導入系7は、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第2のガスを真空容器2の内部に導入するためのものである。本実施形態の絶縁膜形成装置1では、下部ガス導入系7は、例えば、第2のガス導入部としての下部ガス導入管22を有している。  The lower gas introduction system 7 is for introducing a second gas containing an organosilicon compound or an organometallic compound into the vacuum vessel 2. In the insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment, the lower gas introduction system 7 has, for example, a lower gas introduction pipe 22 as a second gas introduction part.

下部ガス導入管22は、上部ガス導入部と同様に、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体によって形成されている。ところで、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの間のような過渡状態では、電磁波は下部ガス導入系7まで到達する。そのため、下部ガス導入管22を金属材料によって形成すると、上記過渡状態において、下部ガス導入系7が電磁界やプラズマに影響を与える場合がある。そのため、下部ガス導入管22が電磁界やプラズマに影響を与える影響を考慮すると、下部ガス導入管22は、誘電体材料で形成するのが好ましい。下部ガス導入管22を金属材料で形成するような場合には、下部ガス導入管22の外面に絶縁膜を形成しておくのが好ましい。  The lower gas introduction pipe 22 is formed of a metal such as aluminum, stainless steel, or titanium, or a dielectric such as silicon oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride, similarly to the upper gas introduction portion. By the way, in a transient state such as until the plasma at the initial stage of discharge reaches a surface wave plasma state, the electromagnetic wave reaches the lower gas introduction system 7. Therefore, when the lower gas introduction pipe 22 is formed of a metal material, the lower gas introduction system 7 may affect the electromagnetic field or plasma in the transient state. Therefore, considering the influence of the lower gas introduction tube 22 on the electromagnetic field and plasma, the lower gas introduction tube 22 is preferably formed of a dielectric material. When the lower gas introduction pipe 22 is formed of a metal material, an insulating film is preferably formed on the outer surface of the lower gas introduction pipe 22.

下部ガス導入管22は、図3に示すように、環状部22bと一対の延出部22cとを有している。環状部22bは、被処理基板100の外周よりも一回り大きく形成されている。各延出部22cは、環状部22bと連通されている。各延出部22cの一端は、真空容器2の周壁2cを介して、真空容器2の外方に延出している。少なくとも一方の延出部22cの一端には、上記第2のガスを収容する第2のガスシリンダ(図示せず)を着脱自在に取り付けることができるようになっている。  As shown in FIG. 3, the lower gas introduction pipe 22 has an annular portion 22b and a pair of extending portions 22c. The annular portion 22 b is formed to be slightly larger than the outer periphery of the substrate 100 to be processed. Each extending portion 22c communicates with the annular portion 22b. One end of each extending portion 22 c extends outward of the vacuum vessel 2 via the peripheral wall 2 c of the vacuum vessel 2. A second gas cylinder (not shown) that accommodates the second gas can be detachably attached to one end of at least one of the extending portions 22c.

環状部22bには、複数のガス噴出口22aが長手方向に略等間隔で設けられている。これらガス噴出口22aは、電磁波入射面Fからの距離L2が表面波プラズマの表皮厚さδよりも大きくなる位置に設けられている。本実施形態では、これらガス噴出口22aが形成されている仮想平面F2と電磁波入射面Fとの距離L2が10mm以上、例えば、30mmとなるように、下部ガス導入管22が形成されており、下部ガス導入管22を配設することで、複数のガス噴出口22aが電磁波入射面Fの下方30mmの位置に設けられている(図1参照)。  The annular portion 22b is provided with a plurality of gas outlets 22a at substantially equal intervals in the longitudinal direction. These gas outlets 22a are provided at positions where the distance L2 from the electromagnetic wave incident surface F is larger than the skin thickness δ of the surface wave plasma. In the present embodiment, the lower gas introduction pipe 22 is formed such that the distance L2 between the virtual plane F2 in which the gas ejection ports 22a are formed and the electromagnetic wave incident surface F is 10 mm or more, for example, 30 mm. By disposing the lower gas introduction pipe 22, a plurality of gas outlets 22a are provided at a position 30 mm below the electromagnetic wave incident surface F (see FIG. 1).

ところで、第2のガスに含まれる有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスは、モノシラン等と比べて沸点が高いため、液化し易い。そのため、第2のガスを安定して真空容器2の内部に導入するためには、下部ガス導入系7を適切な温度、すなわち80℃から200℃程度に保つのが望ましい。そのため、本実施形態の絶縁膜形成装置1では、下部ガス導入系7に加熱手段11を設けている。加熱手段11は、例えば、ヒータ13を有している。  By the way, since the organic silicon compound gas and the organometallic compound gas contained in the second gas have a higher boiling point than monosilane or the like, they are easily liquefied. Therefore, in order to stably introduce the second gas into the vacuum vessel 2, it is desirable to keep the lower gas introduction system 7 at an appropriate temperature, that is, about 80 ° C. to 200 ° C. Therefore, in the insulating film forming apparatus 1 of this embodiment, the heating means 11 is provided in the lower gas introduction system 7. The heating unit 11 includes, for example, a heater 13.

具体的には、ヒータ13は、例えば、下部ガス導入管22の各延出部22cにその外周面に設けられている。このようにすることにより、下部ガス導入管22を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系7全体に熱を伝えることができる。したがって、加熱手段11を真空容器2内に設置する場合に比べて簡単な構成で下部ガス導入系7を適切な温度に保つことができる。なお、下部ガス導入管22を構成する材料の熱伝導によって下部ガス導入系7全体に熱を伝えるような構成の場合には、下部ガス導入管22は、窒化アルミニウム等のように、熱伝導係数の大きい材料で形成するのが望ましい。  Specifically, the heater 13 is provided on the outer peripheral surface of each extending portion 22 c of the lower gas introduction pipe 22, for example. By doing in this way, heat can be transmitted to the whole lower gas introduction system 7 by heat conduction of the material which constitutes lower gas introduction pipe 22. Therefore, the lower gas introduction system 7 can be maintained at an appropriate temperature with a simple configuration as compared with the case where the heating means 11 is installed in the vacuum vessel 2. In the case where heat is transferred to the entire lower gas introduction system 7 by heat conduction of the material constituting the lower gas introduction pipe 22, the lower gas introduction pipe 22 has a heat conduction coefficient such as aluminum nitride. It is desirable to use a material having a large size.

次に、絶縁膜形成装置1を用いた絶縁膜の形成方法の一例を説明する。本実施形態では、第1のガスとして酸素ガスを用いるともに、第2のガスとしてテトラアルコキシシランの一種であるテトラエトキシシランを用いて、被処理基板100に絶縁膜101を形成する例について説明する。  Next, an example of an insulating film forming method using the insulating film forming apparatus 1 will be described. In this embodiment, an example in which the insulating film 101 is formed on the substrate to be processed 100 using oxygen gas as the first gas and tetraethoxysilane which is a kind of tetraalkoxysilane as the second gas will be described. .

基板支持台4上に被処理基板100を配置する。ガス排出系5を駆動させ、真空容器2内を実質的に真空とする。真空容器2内のガス圧が80Paとなるように、上部ガス導入系6から、真空容器2内に酸素ガスを400SCCMの流量で供給するとともに、下部ガス導入系7から、真空容器2内にテトラエトキシシランガスを12SCCMの流量で供給する。このとき、加熱手段11によって、下部ガス導入系7を適切な温度(80℃から200℃程度)に保っておく。  The substrate to be processed 100 is disposed on the substrate support 4. The gas discharge system 5 is driven, and the inside of the vacuum vessel 2 is substantially evacuated. An oxygen gas is supplied from the upper gas introduction system 6 into the vacuum container 2 at a flow rate of 400 SCCM so that the gas pressure in the vacuum container 2 becomes 80 Pa, and a tetragonal gas is introduced from the lower gas introduction system 7 into the vacuum container 2. Ethoxysilane gas is supplied at a flow rate of 12 SCCM. At this time, the lower gas introduction system 7 is kept at an appropriate temperature (about 80 ° C. to 200 ° C.) by the heating means 11.

高周波電源8をONにする。これにより、2.45GHzの電磁波は、導波管9を介して導波管スロットアンテナ10に導かれ、導波管スロットアンテナ10から誘電体窓3に向けて電力密度3W/cmで照射されるようになる。Turn on the high frequency power supply 8. As a result, an electromagnetic wave of 2.45 GHz is guided to the waveguide slot antenna 10 through the waveguide 9 and irradiated from the waveguide slot antenna 10 toward the dielectric window 3 at a power density of 3 W / cm 2. Become so.

2.45GHzの電磁波は、誘電体窓3を介して真空容器2内に照射される。これにより、酸素ガスが励振されてプラズマが生じ、電磁波入射面F近傍のプラズマ内の電子密度が増加する。電磁波入射面F近傍のプラズマ内の電子密度が増加していくと、電磁波はプラズマ内を伝播することが困難になり、このプラズマ内で減衰する。したがって、電磁波入射面Fから離れた領域には電磁波が届かなくなる。つまり、表面波プラズマが生じる。酸素ガスは、電磁波入射面Fとの距離L1が3mmとなる位置、すなわち、電磁波入射面Fからの距離L1が表皮厚さδよりも小さい領域から真空容器2内に導入されているため、表面波プラズマが生じている状態において、高密度なプラズマにより酸素分子が励振され、効率良く酸素ラジカルが生成される。  An electromagnetic wave of 2.45 GHz is irradiated into the vacuum vessel 2 through the dielectric window 3. Thereby, oxygen gas is excited to generate plasma, and the electron density in the plasma near the electromagnetic wave incident surface F increases. As the electron density in the plasma in the vicinity of the electromagnetic wave incident surface F increases, the electromagnetic wave becomes difficult to propagate in the plasma and attenuates in the plasma. Therefore, the electromagnetic wave does not reach the area away from the electromagnetic wave incident surface F. That is, surface wave plasma is generated. The oxygen gas is introduced into the vacuum container 2 from a position where the distance L1 to the electromagnetic wave incident surface F is 3 mm, that is, from a region where the distance L1 from the electromagnetic wave incident surface F is smaller than the skin thickness δ. In a state where wave plasma is generated, oxygen molecules are excited by high-density plasma, and oxygen radicals are efficiently generated.

一方、テトラエトキシシランガスは、電磁波入射面Fとの距離L2が30mmとなる位置、すなわち、電磁波入射面Fからの距離L2が表皮厚さよりも大きい領域から真空容器2内に導入されている。したがって、テトラエトキシシランガスが真空容器2内に導入されている領域には、電磁波は高密度のプラズマに遮蔽されて到達しないため、テトラエトキシシランが電磁波によって過度に分解されるのを抑制できる。また、電磁波入射面Fとの距離L1が30mmとなる位置であっても、酸素ラジカルは拡散流として到達するため、テトラエトキシシランと酸素ラジカルとは効率良く反応し、テトラエトキシシランの分解は促進される。したがって、被処理基板100の表面に、酸化シリコンが堆積する。テトラエトキシシランは、モノシラン等と比べて分子容積の大きい化合物であるため、その立体効果により被処理基板100の表面でマイグレーションしながら、この被処理基板100の表面に比較的均一に付着する。したがって、被処理基板100に膜質の良好な絶縁膜(酸化シリコン膜)101が形成される。  On the other hand, the tetraethoxysilane gas is introduced into the vacuum container 2 from a position where the distance L2 to the electromagnetic wave incident surface F is 30 mm, that is, from a region where the distance L2 from the electromagnetic wave incident surface F is larger than the skin thickness. Accordingly, since the electromagnetic wave is shielded by the high-density plasma and does not reach the region where the tetraethoxysilane gas is introduced into the vacuum vessel 2, it is possible to suppress the tetraethoxysilane from being excessively decomposed by the electromagnetic wave. Even when the distance L1 from the electromagnetic wave incident surface F is 30 mm, the oxygen radicals reach as a diffusion flow, so that tetraethoxysilane and oxygen radicals react efficiently, and the decomposition of tetraethoxysilane is accelerated. Is done. Accordingly, silicon oxide is deposited on the surface of the substrate 100 to be processed. Since tetraethoxysilane is a compound having a larger molecular volume than monosilane or the like, it migrates on the surface of the substrate 100 to be processed due to its steric effect and adheres relatively uniformly to the surface of the substrate 100 to be processed. Therefore, an insulating film (silicon oxide film) 101 with good film quality is formed on the substrate 100 to be processed.

このような条件下では、29nm/minの形成速度で被処理基板100に絶縁膜101を形成することができた。また、形成された絶縁膜101は、2MV/cmの電界を印加した時のリーク電流が2×10−10A/cm、固定電荷密度が2×1011/cm以下であった。この結果から、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、リーク電流及び固定電荷密度とも低く抑制することができ、しかも、絶縁膜101の形成速度も良好であることがわかった。Under such conditions, the insulating film 101 could be formed on the substrate 100 to be processed at a formation rate of 29 nm / min. The formed insulating film 101 had a leakage current of 2 × 10 −10 A / cm 2 and a fixed charge density of 2 × 10 11 / cm 2 or less when an electric field of 2 MV / cm was applied. From this result, it was found that in the method for forming an insulating film of this embodiment, both the leakage current and the fixed charge density can be suppressed low, and the formation speed of the insulating film 101 is good.

図10は、表面波プラズマにおける電子温度と電磁波入射面Fからの距離との関係を示している。電磁波入射面Fからの距離が10mm付近で電子温度が急激に変化しているのは、電磁波が到達し電子が直接励振されている領域(すなわち表皮厚さδ内の領域)と、電子がほとんど励振されない領域(すなわち表皮厚さδから外れた領域)とでは、電子温度に差が生じるためであると考えられる。この結果から、表面波プラズマ状態が維持される条件下では、表皮厚さδは最大でも10mm程度であることがわかった。  FIG. 10 shows the relationship between the electron temperature in the surface wave plasma and the distance from the electromagnetic wave incident surface F. The electron temperature changes abruptly when the distance from the electromagnetic wave incident surface F is about 10 mm because most of the electrons are in a region where the electromagnetic waves reach and electrons are directly excited (ie, a region within the skin thickness δ). This is considered to be due to the difference in electron temperature between the region where excitation is not performed (that is, the region outside the skin thickness δ). From this result, it was found that the skin thickness δ was about 10 mm at the maximum under the condition that the surface wave plasma state was maintained.

図11は、表面波プラズマにおける電子密度と電磁波入射面Fからの距離との関係を示している。表面波プラズマでは前述のように電磁波によって励振される領域が局在化しているため、電子密度は電磁波入射面Fから遠ざかるに従って低下する。そのため、電磁波入射面Fから10mm程度離れた位置での電子密度は、電磁波入射面Fでの電子密度の50%以下となることがわかった。なお、この結果から、酸素は電子を取り込み易いため、100%のアルゴンでプラズマを発生させた場合に比べて、酸素を混合すると電子密度が低下することもわかった。  FIG. 11 shows the relationship between the electron density in the surface wave plasma and the distance from the electromagnetic wave incident surface F. In the surface wave plasma, since the region excited by the electromagnetic wave is localized as described above, the electron density decreases as the distance from the electromagnetic wave incident surface F increases. Therefore, it has been found that the electron density at a position about 10 mm away from the electromagnetic wave incident surface F is 50% or less of the electron density at the electromagnetic wave incident surface F. From this result, it was also found that oxygen easily captures electrons, so that when oxygen is mixed, the electron density is lowered as compared with the case where plasma is generated with 100% argon.

以上のように、本実施形態の絶縁膜の形成方法によれば、電磁波が入射される電磁波入射面Fを有する真空容器2の内部に被処理基板100を配設する工程と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスとしての酸素ガスを、電磁波入射面Fからの距離L1が10mm未満となる位置から真空容器2の内部に導入させるとともに、有機シリコン化合物としてのテトラエトキシシランガスを含む第2のガスを、電磁波入射面Fからの距離L2が10mm以上となる位置から、第1のガスと分離して、真空容器2の内部に導入させる工程と、真空容器2の内部に電磁波入射面Fから電磁波を入射させることにより、真空容器2の内部で第1及び第2のガスによる表面波プラズマを生じさせ、被処理基板100に酸化シリコンを堆積させる工程とを有している。したがって、被処理基板100やこの被処理基板100に形成される絶縁膜101に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板100に良好に絶縁膜101を形成することができる。  As described above, according to the insulating film forming method of the present embodiment, the process of disposing the substrate to be processed 100 inside the vacuum vessel 2 having the electromagnetic wave incident surface F on which the electromagnetic wave is incident, the rare gas and oxygen An oxygen gas as a first gas containing at least one of the gases is introduced into the vacuum vessel 2 from a position where the distance L1 from the electromagnetic wave incident surface F is less than 10 mm, and tetraethoxy as an organic silicon compound. Separating the second gas containing the silane gas from the first gas from a position where the distance L2 from the electromagnetic wave incident surface F is 10 mm or more and introducing the second gas into the vacuum container 2; By making an electromagnetic wave incident on the electromagnetic wave incident surface F, surface wave plasma is generated by the first and second gases inside the vacuum chamber 2, and silicon oxide is applied to the substrate 100 to be processed. And a step of product. Therefore, it is possible to satisfactorily form the insulating film 101 on the target substrate 100 while suppressing damage to the target substrate 100 and the insulating film 101 formed on the target substrate 100.

なお、本実施形態の絶縁膜の形成方法では、第1のガスとして酸素ガス、第2のガスとしてテトラエトキシシランガスを採用したが、第1及び第2のガスはこれに限定されるものではない。  In the insulating film forming method of the present embodiment, oxygen gas is used as the first gas and tetraethoxysilane gas is used as the second gas. However, the first and second gases are not limited to this. .

第1のガスは、酸素ガスに限定されるものではなく、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含むガスを採用すればよい。第1のガスとしては、例えば、酸素と、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのうちの1以上の希ガスと混合ガスを用いることができる。酸素へのヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンの添加は、10%から99%までの広い添加比率で可能であり、その添加比率によって絶縁膜の形成速度を増加させることができる。  The first gas is not limited to oxygen gas, and a gas including at least one of a rare gas and an oxygen gas may be employed. As the first gas, for example, oxygen, one or more rare gases of helium, neon, argon, krypton, and xenon and a mixed gas can be used. Helium, neon, argon, krypton, and xenon can be added to oxygen at a wide addition ratio from 10% to 99%, and the formation rate of the insulating film can be increased by the addition ratio.

また、第1のガスとして、酸素ガスを含むガスを採用した場合、酸素ガスを真空容器2の内部に供給する時の流量を、第2のガスを真空容器2の内部に供給する時の流量よりも多くなるようにすることで、有機シリコン化合物中のシリコン原子や有機金属酸化物中の金属原子の酸化が促進されるため、より酸素欠損の少ない高品質な酸化膜を形成することができる。  When a gas containing oxygen gas is employed as the first gas, the flow rate when supplying the oxygen gas into the vacuum vessel 2 and the flow rate when supplying the second gas into the vacuum vessel 2 are used. By increasing the amount, the oxidation of silicon atoms in the organosilicon compound and metal atoms in the organometallic oxide is promoted, so that a high-quality oxide film with fewer oxygen vacancies can be formed. .

第2のガスとしては、有機シリコン化合物又は有機金属酸化物を含むガスを採用すればよい。このようにすることにより、被処理基板100やこの被処理基板100に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板100に良好に絶縁膜を形成することができる。  As the second gas, a gas containing an organosilicon compound or an organometallic oxide may be employed. By doing so, it is possible to satisfactorily form an insulating film on the substrate to be processed 100 while suppressing damage to the substrate to be processed 100 and the insulating film formed on the substrate to be processed 100.

また、有機シリコン化合物としては、例えば、テトラアルコキシシラン、ビニルアルコキシシラン、アルキルトリアルコキシシラン、フェニルトリアルコキシシラン、ポリメチルジシロキサン、ポリメチルシクロテトラシロキサン等が挙げられるが、これに限定されるものではない。有機金属化合物としては、例えば、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム、テトラプロポキシジルコニウム、ペンタエトキシタンタル、テトラプロポキシハフニウム等が挙げられるが、これに限定されるものではない。  Examples of the organic silicon compound include, but are not limited to, tetraalkoxysilane, vinylalkoxysilane, alkyltrialkoxysilane, phenyltrialkoxysilane, polymethyldisiloxane, polymethylcyclotetrasiloxane, and the like. is not. Examples of the organometallic compound include, but are not limited to, trimethylaluminum, triethylaluminum, tetrapropoxyzirconium, pentaethoxytantalum, and tetrapropoxyhafnium.

また、本実施形態の絶縁膜形成装置1によれば、内部に被処理基板100を配設可能な真空容器2と、電磁波を発生させるための高周波電源8と、電磁波を真空容器2に向けて放射するアンテナと、内面に電磁波入射面Fを有し、真空容器2の壁の一部を構成するように真空容器2に設けられ、アンテナから放射された電磁波を真空容器の内部に透過させる誘電体窓3と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスとしての酸素ガスを真空容器2内に導入する上部ガス導入管21を有し、真空容器2に設けられた上部ガス導入系6と、有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第2のガスを真空容器2内に導入する下部ガス導入管22を有し、真空容器2に設けられた下部ガス導入系7とを具備している。そして、上部ガス導入管21が下部ガス導入管22よりも電磁波入射面F側に設けられているとともに、下部ガス導入管22のガス噴出口22aと電磁波入射面Fとの間の距離L2を10mm以上離している。この絶縁膜形成装置1を用いることで、被処理基板100やこの被処理基板100に形成される絶縁膜に損傷が与えられるのを抑制しつつ、被処理基板100に良好に絶縁膜を形成することができる。  Moreover, according to the insulating film forming apparatus 1 of this embodiment, the vacuum vessel 2 in which the to-be-processed substrate 100 can be disposed, the high-frequency power source 8 for generating electromagnetic waves, and the electromagnetic waves toward the vacuum vessel 2. Dielectric having an radiating antenna and an electromagnetic wave incident surface F on the inner surface, provided in the vacuum vessel 2 so as to constitute a part of the wall of the vacuum vessel 2, and transmitting the electromagnetic wave radiated from the antenna to the inside of the vacuum vessel An upper portion provided in the vacuum vessel 2, having a body window 3 and an upper gas introduction pipe 21 for introducing oxygen gas as a first gas including at least one of a rare gas and oxygen gas into the vacuum vessel 2. A gas introduction system 6 and a lower gas introduction system 7 having a lower gas introduction pipe 22 for introducing a second gas containing an organosilicon compound or an organometallic compound into the vacuum vessel 2. It has. The upper gas introduction pipe 21 is provided on the electromagnetic wave incident surface F side of the lower gas introduction pipe 22, and the distance L2 between the gas jet port 22a of the lower gas introduction pipe 22 and the electromagnetic wave incidence surface F is 10 mm. They are separated. By using this insulating film forming apparatus 1, it is possible to satisfactorily form an insulating film on the target substrate 100 while suppressing damage to the target substrate 100 and the insulating film formed on the target substrate 100. be able to.

しかも、本実施形態の絶縁膜形成装置1は、アンテナが、1以上の導波管スロットアンテナ10を有しているため、誘電損失が少なく大電力に耐えることができる。さらに、複数の導波管スロットアンテナ10を、複数の誘電体窓3の外面と夫々対向させ、且つ、互いに並べて配設しているので、大型の液晶表示装置等に用いる角型で面積の大きい基板であっても絶縁膜を形成することができる。  In addition, since the insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment has one or more waveguide slot antennas 10, the dielectric loss is small and can withstand high power. Further, since the plurality of waveguide slot antennas 10 are opposed to the outer surfaces of the plurality of dielectric windows 3 and arranged side by side, they are rectangular and have a large area used for a large liquid crystal display device or the like. An insulating film can be formed even on a substrate.

以下、本発明の第2の実施形態を、図4及び図5を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜形成装置の一実施形態について説明する。Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a description will be given of an embodiment of a forming apparatus of dielectric film of the present invention.

本実施形態の絶縁膜形成装置1は、下部ガス導入系7及び加熱手段11が第1の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1と異なっているが、他の構成は上述した第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。  The insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment is different from the insulating film forming apparatus 1 described in the first embodiment in the lower gas introduction system 7 and the heating means 11, but the other configuration is the first described above. Since it is the same as the insulating film forming apparatus 1 of the embodiment, the overlapping description is omitted by attaching the same reference numerals to the drawings.

下部ガス導入系7は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、下部ガス導入系7の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同様である。  The lower gas introduction system 7 is formed of a metal such as aluminum, stainless steel, or titanium, or a dielectric such as silicon oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride. Note that it is desirable to use a dielectric as the material of the lower gas introduction system 7, as in the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment.

下部ガス導入系7は、第1のガス導入部(下部ガス導入部)としてのシャワープレート30を有している。図4に示すように、シャワープレート30は、互いに対向する一対の板材31a,31bを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間S1に第2のガスが流通されるようになっている。シャワープレート30は、内部空間S1を開放させる開口部32を有している。また、真空容器2の周壁2cには、内部空間S1を真空容器2の外方に開放するための開口部33が形成されている。したがって、シャワープレート30の内部空間S1は、開口部32と開口部33の壁を介して、真空容器2の外方に開放している。第2のガスは、開口部33及び開口部32を介して、シャワープレート30の内部空間S1に導入される。このシャワープレート30は、真空容器2を上側の部屋と下側の部屋とに分断する大きさに形成されており、基板支持台4を上方から覆うように設けられている。  The lower gas introduction system 7 has a shower plate 30 as a first gas introduction part (lower gas introduction part). As shown in FIG. 4, the shower plate 30 has a pair of plate members 31a and 31b facing each other and is formed in a flat box shape, and the second gas is circulated in the internal space S1. ing. The shower plate 30 has an opening 32 that opens the internal space S1. An opening 33 for opening the internal space S1 to the outside of the vacuum vessel 2 is formed in the peripheral wall 2c of the vacuum vessel 2. Therefore, the internal space S1 of the shower plate 30 is open to the outside of the vacuum vessel 2 through the walls of the opening 32 and the opening 33. The second gas is introduced into the internal space S <b> 1 of the shower plate 30 through the opening 33 and the opening 32. The shower plate 30 is formed in a size that divides the vacuum vessel 2 into an upper chamber and a lower chamber, and is provided so as to cover the substrate support 4 from above.

図5に示すように、このシャワープレート30は、第1のガスや酸素ラジカルを上側の部屋と下側の部屋とで流通させるための多数の貫通孔35が設けられている。さらに、このシャワープレート30には、下側の板材31bの壁に多数のガス噴出口36が設けられている。  As shown in FIG. 5, the shower plate 30 is provided with a large number of through holes 35 for allowing the first gas and oxygen radicals to flow between the upper chamber and the lower chamber. Further, the shower plate 30 is provided with a number of gas outlets 36 on the wall of the lower plate 31b.

さらに、このシャワープレート30には、加熱手段11が設けられている。加熱手段11は、高温媒体循環器34を有している。高温媒体循環器34は、ポンプ34a、循環路34b、ヒータ(図示せず)、及び、高温流体等を有して構成されている。高温流体は、例えば、空気や、窒素、アルゴン、クリプトン、キセノン等のガス、或いは、水、エチレングリコール、鉱油、アルキルベンゼン、ジアリールアルカン、トリアリールジアルカン、ジフェニル−ジフェニルエーテル混合体、アルキルビフェニル、アルキルナフタレン等の液体から選択すればよい。  Further, the shower plate 30 is provided with heating means 11. The heating means 11 has a high-temperature medium circulator 34. The high temperature medium circulator 34 includes a pump 34a, a circulation path 34b, a heater (not shown), a high temperature fluid, and the like. The high-temperature fluid is, for example, air, a gas such as nitrogen, argon, krypton, or xenon, or water, ethylene glycol, mineral oil, alkylbenzene, diarylalkane, triaryldialkane, diphenyl-diphenylether mixture, alkylbiphenyl, alkylnaphthalene. Or the like.

高温流体(高温気体又は高温液体)を循環させる循環路34bは、シャワープレート30の内部に設けられている。なお、上記循環路は、第1のガスを流通させる内部空間S1からは隔離されている。この高温媒体循環器34では、ヒータで高温流体を加熱するとともに、ポンプ34aを稼動させて高温流体をシャワープレート30の内部に流通させることによって、下部ガス導入系7を80℃乃至200℃程度の温度に保つように構成されている。  A circulation path 34 b for circulating a high-temperature fluid (high-temperature gas or high-temperature liquid) is provided inside the shower plate 30. The circulation path is isolated from the internal space S1 through which the first gas flows. In this high-temperature medium circulator 34, the high-temperature fluid is heated by the heater, and the pump 34a is operated to circulate the high-temperature fluid inside the shower plate 30, thereby allowing the lower gas introduction system 7 to reach about 80 ° C. to 200 ° C. It is configured to keep the temperature.

このように下部ガス導入系7を高温媒体の循環によって加熱すると、下部ガス導入系7にすばやく熱エネルギーが伝えられるとともに、下部ガス導入系7を均等に加熱することができる。そのため、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスを含むガスを使用して絶縁膜を形成する際に、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができる。  When the lower gas introduction system 7 is heated by circulation of the high temperature medium in this way, heat energy is quickly transmitted to the lower gas introduction system 7 and the lower gas introduction system 7 can be heated evenly. Therefore, when the insulating film is formed using a gas containing an organic silicon compound gas or an organic metal compound gas, fluctuations in the gas supply amount due to the liquefaction of the organic silicon compound gas or the organic metal compound gas can be suppressed.

以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置1を用いれば、有機シリコン化合物ガスや有機金属化合物ガスの液化によるガス供給量の変動を抑止することができるため、被処理基板100に絶縁膜101を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。  As described above, if the insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment is used, fluctuations in the gas supply amount due to the liquefaction of the organic silicon compound gas or the organometallic compound gas can be suppressed. When forming 101, good film thickness controllability and film thickness uniformity can be realized.

以下、本発明の第3の実施形態を、図6を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜形成装置の一実施形態について説明する。Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a description will be given of an embodiment of a forming apparatus of dielectric film of the present invention.

本実施形態の絶縁膜形成装置1は、上部ガス導入系6及び下部ガス導入系7が第1の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1と異なっているが、他の構成は上述した第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。  The insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment is different from the insulating film forming apparatus 1 described in the first embodiment in the upper gas introduction system 6 and the lower gas introduction system 7, but the other configurations are the same as those described above. Since it is the same as that of the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment, the overlapping description is omitted by attaching the same reference numerals to the drawings.

上部ガス導入系6及び下部ガス導入系7は、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属、或いは、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体により形成されている。なお、上部ガス導入系6及び下部ガス導入系7の材料として誘電体を用いるのが望ましいことは、第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同様である。The upper gas introduction system 6 and the lower gas introduction system 7 are formed of a metal such as aluminum, stainless steel, or titanium, or a dielectric such as silicon oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride. Note that the this is desirable to use a dielectric as the material of the upper gas supply system 6 and the lower gas supply system 7, which is similar to the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment.

上部ガス導入系6は、第1のガス導入部(上部ガス導入部)としての上部シャワープレート40を有している。上部シャワープレート40は、真空容器2の上壁2aの内面を覆う板材41を有しており、真空容器2の上壁2aと板材41との間の内部空間S2に、第1のガスが流通されるようになっている。板材41は、内部空間S2を気密に保つように、真空容器2の上壁2aに接続されている。上部シャワープレート40の内部空間S2は、真空容器2の周壁2cに形成された開口部42を介して、真空容器2の外方に開放している。この開口部42から、第1のガスが上部シャワープレート40の内部空間S2に導入される。また、この上部シャワープレート40の板材41には、多数のガス噴出口43が略等間隔で設けられている。  The upper gas introduction system 6 has an upper shower plate 40 as a first gas introduction part (upper gas introduction part). The upper shower plate 40 has a plate material 41 that covers the inner surface of the upper wall 2a of the vacuum vessel 2, and the first gas flows in the internal space S2 between the upper wall 2a of the vacuum vessel 2 and the plate material 41. It has come to be. The plate material 41 is connected to the upper wall 2a of the vacuum vessel 2 so as to keep the internal space S2 airtight. The internal space S <b> 2 of the upper shower plate 40 is open to the outside of the vacuum vessel 2 through an opening 42 formed in the peripheral wall 2 c of the vacuum vessel 2. From the opening 42, the first gas is introduced into the internal space S2 of the upper shower plate 40. In addition, a large number of gas outlets 43 are provided at substantially equal intervals on the plate material 41 of the upper shower plate 40.

ところで、上述したような上部シャワープレート40では、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン等の金属製の板材41を真空容器2の上壁2aに接地させるとともに、ガス噴出口43を充分に小さくすることで、プラズマを内部空間S2に閉じ込めることができる。このようにすることにより、放電初期のプラズマが表面波プラズマ状態に至るまでの過渡状態において、プラズマが被処理基板100に達するのを抑制できるとともに、プラズマ放射光に含まれるエネルギーの高い紫外光を上部シャワープレート40により遮ることができる。したがって、被処理基板100の損傷抑止効果を高めることができる。  By the way, in the upper shower plate 40 as described above, a metal plate 41 such as aluminum, stainless steel, and titanium is grounded to the upper wall 2a of the vacuum vessel 2 and the gas outlet 43 is made sufficiently small. The plasma can be confined in the internal space S2. By doing so, it is possible to suppress the plasma from reaching the substrate to be processed 100 in a transient state until the plasma at the initial stage of the discharge reaches the surface wave plasma state, and the ultraviolet light with high energy contained in the plasma radiation light can be suppressed. It can be blocked by the upper shower plate 40. Therefore, the effect of suppressing damage to the substrate to be processed 100 can be enhanced.

上部シャワープレート40を、酸化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム等の誘電体で形成した場合、上部シャワープレート40の形状や上部シャワープレート40の内部空間S2におけるガス圧力等によっては、プラズマは、板材41の上方で生じる場合と板材41に下方で生じる場合とがある。  When the upper shower plate 40 is formed of a dielectric material such as silicon oxide, aluminum oxide, or aluminum nitride, depending on the shape of the upper shower plate 40, the gas pressure in the internal space S2 of the upper shower plate 40, etc., the plasma May occur in the upper part of the plate 41 and may occur in the lower part of the plate member 41.

プラズマが板材41の上方で生じるように設定すると、プラズマ放射光に含まれるエネルギーの高い紫外光が上部シャワープレート40で遮られるため、被処理基板100の損傷抑止効果を高めることができる。  If the plasma is set to be generated above the plate 41, the ultraviolet light with high energy contained in the plasma radiation light is blocked by the upper shower plate 40, so that the effect of suppressing damage to the substrate to be processed 100 can be enhanced.

プラズマが板材41の下方で生じるように設定すると、上部シャワープレート40を通して第1のガスをプラズマに分散供給することができるため、プラズマの均一性を高めることができる。なお、プラズマが板材41の下方で生じるように設定した場合には、電磁波入射面Fは、板材41と真空容器2の内部空間との界面(板材41の下面)であり、他の場合は電磁波入射面Fは、誘電体窓3と真空容器2の内部空間との界面(誘電体窓3の内面)である。When plasma is set to occur at the lower plate member 41, since it is the this dispersion for supplying a first gas through the upper shower plate 40 in the plasma, it is possible to enhance the uniformity of the plasma. When the plasma is set to be generated below the plate 41, the electromagnetic wave incident surface F is an interface (the lower surface of the plate 41) between the plate 41 and the internal space of the vacuum vessel 2, and in other cases, the electromagnetic wave. The incident surface F is an interface between the dielectric window 3 and the internal space of the vacuum vessel 2 (inner surface of the dielectric window 3).

下部ガス導入系7は、第2のガス導入部(下部ガス導入部)としての下部シャワープレート50を有している。下部シャワープレート50は、基板支持台4に支持される被処理基板100を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート50は、互いに対向する一対の板材51a,51bを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間S3に第2のガスが流通されるようになっている。下部シャワープレート50の内部空間S3は、真空容器2の周壁2cに形成された開口部52を介して、真空容器2の外方に開放している。この開口部52から、第2のガスが下部シャワープレート50の内部空間S3に導入される。  The lower gas introduction system 7 has a lower shower plate 50 as a second gas introduction part (lower gas introduction part). The lower shower plate 50 is formed to a size that covers the substrate 100 to be processed supported by the substrate support 4. The lower shower plate 50 has a pair of plate members 51a and 51b facing each other and is formed in a flat box shape, and the second gas is circulated in the internal space S3. The internal space S3 of the lower shower plate 50 is open to the outside of the vacuum vessel 2 through an opening 52 formed in the peripheral wall 2c of the vacuum vessel 2. From the opening 52, the second gas is introduced into the internal space S3 of the lower shower plate 50.

また、この下部シャワープレート50の下側の板材51bには、多数のガス噴出口53が設けられている。この下部シャワープレート50では、複数のガス噴出口53の単位面積あたりの開口比率を、下部シャワープレート50内のガス流の上流側で、このガス流に対するガス噴出口53のコンダクタンス(物理的抵抗の逆数)が小さく、下部シャワープレート50内のガス流の下流側で、このガス流に対するガス噴出口53のコンダクタンスが大きくなるように設定している。具体的には、複数のガス噴出口53の単位面積あたりの開口比率を、下部シャワープレート50内のガス流の上流側が小さく、ガス流の下流側が大きくなるように設定している。このようにすることにより、下部シャワープレート50の下面の略全域に対応する領域から、第2のガスを真空容器2内に向けて均一に吐出させることができる。また、図示しないが、下部シャワープレート50は、第1のガスや酸素ラジカルを下部シャワープレート50の上側の領域と下部シャワープレート50の下側の領域との間で流通させるための多数の貫通孔を有している。  In addition, a large number of gas jets 53 are provided in the lower plate member 51 b of the lower shower plate 50. In the lower shower plate 50, the opening ratio per unit area of the plurality of gas jets 53 is set on the upstream side of the gas flow in the lower shower plate 50, and the conductance (physical resistance of the gas jets 53 with respect to this gas flow). The reciprocal number is small, and the conductance of the gas outlet 53 for the gas flow is set to be large on the downstream side of the gas flow in the lower shower plate 50. Specifically, the opening ratio per unit area of the plurality of gas ejection ports 53 is set so that the upstream side of the gas flow in the lower shower plate 50 is small and the downstream side of the gas flow is large. In this way, the second gas can be uniformly discharged into the vacuum container 2 from a region corresponding to substantially the entire lower surface of the lower shower plate 50. Although not shown, the lower shower plate 50 has a plurality of through holes for allowing the first gas and oxygen radicals to flow between the upper region of the lower shower plate 50 and the lower region of the lower shower plate 50. have.

なお、下部ガス導入系7を80℃から200℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系7に、第1の実施形態の絶縁膜形成装置1が備える加熱手段11や、第2の実施形態の絶縁膜形成装置1が備える加熱手段11等を備えさせてもよい。  It is desirable to keep the lower gas introduction system 7 at a temperature of about 80 ° C. to 200 ° C. Therefore, the lower gas introduction system 7 may be provided with the heating means 11 provided in the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment, the heating means 11 provided in the insulating film forming apparatus 1 of the second embodiment, and the like. .

以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置1を用いれば、第2のガスを被処理基板100の上方から真空容器2内に均一に供給することができるため、被処理基板100に絶縁膜101を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。  As described above, if the insulating film forming apparatus 1 according to the present embodiment is used, the second gas can be uniformly supplied into the vacuum container 2 from above the substrate to be processed 100, so that the substrate 100 is insulated. In forming the film 101, good film thickness controllability and film thickness uniformity can be realized.

以下、本発明の第4の実施形態を、図7を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜形成装置の一実施形態について説明する。Hereinafter, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a description will be given of an embodiment of a forming apparatus of dielectric film of the present invention.

本実施形態の絶縁膜形成装置は、上部ガス導入系6及び下部ガス導入系7が第1の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1と異なっているが、他の構成は上述した第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。  The insulating film forming apparatus of the present embodiment is different from the insulating film forming apparatus 1 described in the first embodiment in the upper gas introducing system 6 and the lower gas introducing system 7, but the other configuration is the above-described first structure. Since this is the same as the insulating film forming apparatus 1 of the embodiment, overlapping description is given with the same reference numerals in the drawings and omitted.

上部ガス導入系6は、第3の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1が備える上部ガス導入系6と同様である。  The upper gas introduction system 6 is the same as the upper gas introduction system 6 provided in the insulating film forming apparatus 1 described in the third embodiment.

下部ガス導入系7は、下部ガス導入部としての下部シャワープレート60を有している。下部シャワープレート60は、基板支持台4に支持される被処理基板100を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート60は、互いに対向する一対の板材61a,61bを有して偏平な箱状に形成されており、内部空間S4に第2のガスが流通されるようになっている。下部シャワープレート60の内部空間S4は、真空容器2の周壁2cに形成された開口部62を介して、真空容器2の外方に開放している。この開口部62から、第2のガスが下部シャワープレート60の内部空間S4に導入される。  The lower gas introduction system 7 has a lower shower plate 60 as a lower gas introduction part. The lower shower plate 60 is formed to a size that covers the substrate to be processed 100 supported by the substrate support 4. The lower shower plate 60 has a pair of plate members 61a and 61b facing each other and is formed in a flat box shape so that the second gas is circulated in the internal space S4. The internal space S4 of the lower shower plate 60 is open to the outside of the vacuum vessel 2 through an opening 62 formed in the peripheral wall 2c of the vacuum vessel 2. From the opening 62, the second gas is introduced into the internal space S4 of the lower shower plate 60.

下部シャワープレート60の内部空間S4には、第2のガスの流れを調整する複数の隔壁64が設けられている。これらの隔壁64は、下部シャワープレート60内のガス流の上流側でこのガス流に対する隔壁64のコンダクタンスが大きく、下部シャワープレート60内のガス流の下流側でこのガス流に対する隔壁64のコンダクタンスが小さくなるように、その大きさが設定されている。具体的には、各隔壁64は、下部シャワープレート60内のガス流の上流側で低く、ガス流の下流側が高くなるように、その高さが設定されている。このように、第2のガスの流入圧力の高いガス流の上流側の隔壁64を小さくすることで、ガス流の上流側のコンダクタンスを大きくすることができるとともに、第2のガスの流入圧力の低いガス流の下流側で隔壁64を大きくすることで、ガス流の下流側のコンダクタンスを小さくすることができる。  In the internal space S4 of the lower shower plate 60, a plurality of partition walls 64 for adjusting the flow of the second gas are provided. These partition walls 64 have a large conductance of the partition wall 64 with respect to the gas flow on the upstream side of the gas flow in the lower shower plate 60, and a conductance of the partition wall 64 with respect to the gas flow on the downstream side of the gas flow in the lower shower plate 60. The size is set to be smaller. Specifically, the height of each partition wall 64 is set so that it is lower on the upstream side of the gas flow in the lower shower plate 60 and higher on the downstream side of the gas flow. Thus, by reducing the upstream partition wall 64 of the gas flow having a high second gas inflow pressure, it is possible to increase the conductance on the upstream side of the gas flow and to increase the inflow pressure of the second gas. By increasing the partition wall 64 on the downstream side of the low gas flow, the conductance on the downstream side of the gas flow can be reduced.

下部シャワープレート60の下側の板材61aには、これら隔壁64で区分される各領域に夫々対応させて、多数のガス噴出口63が設けられている。このようにすることにより、第2のガスは、隔壁64で制限された隙間65を通る流れと、ガス噴出口63から噴出する流れに分かれる。隔壁64によりコンダクタンスを変えることで、隙間65を通る流れと、ガス噴出口63から噴出する流れの流量比を調節することができる。この流量比を所望の値に調整することで、下部シャワープレート60の下面の略全域に対応する領域から、第2のガスを真空容器2内に向けて均一に吐出させることができる。また、図示しないが、下部シャワープレート60は、第1のガスや酸素ラジカルを下部シャワープレート60の上側の領域と下部シャワープレート60の下側の領域との間で流通させるための多数の貫通孔を有している。  A large number of gas outlets 63 are provided in the lower plate member 61 a on the lower side of the lower shower plate 60 so as to correspond to the respective regions divided by the partition walls 64. By doing so, the second gas is divided into a flow passing through the gap 65 restricted by the partition wall 64 and a flow ejected from the gas ejection port 63. By changing the conductance by the partition wall 64, the flow rate ratio between the flow through the gap 65 and the flow ejected from the gas ejection port 63 can be adjusted. By adjusting this flow rate ratio to a desired value, the second gas can be uniformly discharged into the vacuum container 2 from a region corresponding to substantially the entire lower surface of the lower shower plate 60. Although not shown, the lower shower plate 60 has a plurality of through holes for allowing the first gas and oxygen radicals to flow between the upper region of the lower shower plate 60 and the lower region of the lower shower plate 60. have.

なお、下部ガス導入系7を80℃から200℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系7に、第1の実施形態の絶縁膜形成装置1が備える加熱手段11や、第2の実施形態の絶縁膜形成装置1が備える加熱手段11等を備えさせてもよい。  It is desirable to keep the lower gas introduction system 7 at a temperature of about 80 ° C. to 200 ° C. Therefore, the lower gas introduction system 7 may be provided with the heating means 11 provided in the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment, the heating means 11 provided in the insulating film forming apparatus 1 of the second embodiment, and the like. .

以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置1を用いれば、第2のガスを被処理基板100の上方から真空容器2内に均一に供給することができるため、被処理基板100に絶縁膜101を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。As described above, if the insulating film forming apparatus 1 according to the present embodiment is used, the second gas can be uniformly supplied into the vacuum container 2 from above the substrate to be processed 100, so that the substrate 100 is insulated. In forming the film 101, good film thickness controllability and film thickness uniformity can be realized.

以下、本発明の第5の実施形態を、図8を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜形成装置の一実施形態について説明する。Hereinafter, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a description will be given of an embodiment of a forming apparatus of dielectric film of the present invention.

本実施形態の絶縁膜形成装置1は、上部ガス導入系6及び下部ガス導入系7が第1の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1と異なっているが、他の構成は上述した第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。  The insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment is different from the insulating film forming apparatus 1 described in the first embodiment in the upper gas introduction system 6 and the lower gas introduction system 7, but the other configurations are the same as those described above. Since it is the same as that of the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment, the overlapping description is omitted by attaching the same reference numerals to the drawings.

上部ガス導入系6としては、第3の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1が備える上部ガス導入系6と同様である。  The upper gas introduction system 6 is the same as the upper gas introduction system 6 provided in the insulating film forming apparatus 1 described in the third embodiment.

下部ガス導入系7は、第2のガス導入部(下部ガス導入部)としての下部シャワープレート70を有している。下部シャワープレート70は、基板支持台4に支持される被処理基板100を覆う程度の大きさに形成されている。この下部シャワープレート70は、互いに対向する一対の板材71a,71bを有して偏平な箱状に形成されている。また、一対の板材71a,71cの間には、複数の開口部74aを有する拡散板74が設けられている。この拡散板74により、下部シャワープレート70の内部空間S5は、第1のガス室としての上側ガス室G1と、第2のガス室としての下側ガス室G2とに分断されている。下部シャワープレート70の内部空間S5のうちの上側ガス室G1は、真空容器2の周壁2cに形成された開口部72を介して、真空容器2の外方に開放している。この開口部62から、第2のガスが下部シャワープレート70の上側ガス室G1に導入される。また、下部シャワープレート70の下側の板材71bは、複数のガス噴出口73を有している。  The lower gas introduction system 7 has a lower shower plate 70 as a second gas introduction part (lower gas introduction part). The lower shower plate 70 is formed to a size that covers the substrate 100 to be processed supported by the substrate support 4. The lower shower plate 70 has a pair of plate members 71a and 71b facing each other and is formed in a flat box shape. A diffusion plate 74 having a plurality of openings 74a is provided between the pair of plate members 71a and 71c. By this diffusion plate 74, the internal space S5 of the lower shower plate 70 is divided into an upper gas chamber G1 as a first gas chamber and a lower gas chamber G2 as a second gas chamber. The upper gas chamber G1 in the internal space S5 of the lower shower plate 70 is open to the outside of the vacuum vessel 2 through an opening 72 formed in the peripheral wall 2c of the vacuum vessel 2. From this opening 62, the second gas is introduced into the upper gas chamber G1 of the lower shower plate. Further, the lower plate member 71 b of the lower shower plate 70 has a plurality of gas ejection ports 73.

この下部シャワープレート70では、拡散板74の開口部74aの大きさ・数・形状等によって、上側ガス室G1と下側ガス室G2との間でガスの流れが調整されるようになっている。本実施形態では、拡散板74の開口部74aの単位面積あたりの開口比率は、下部シャワープレート70内のガス流の上流側で、このガス流に対する開口部74aのコンダクタンスが小さく、下部シャワープレート70内のガス流の下流側で、このガス流に対する開口部74aのコンダクタンスが大きくなるように設定されている。具体的には、第2のガスの流入圧力の高いガス流の上流側では、拡散板74の単位面積あたりの開口面積を小さくすることでコンダクタンスを小さくし、第2のガスの流入圧力の低いガス流の下流側では、開口面積を大きくすることでコンダクタンスを大きくしている。このようにすることにより、拡散板74の下面の略全域に対応する領域から、第2のガスを下側ガス室G2に向けて均一に送ることができるため、結果として、下部シャワープレート57の下面の略全域に対応する領域から、第2のガスを真空容器2内に向けて均一に吐出されることとなる。In the lower shower plate 70, the gas flow is adjusted between the upper gas chamber G1 and the lower gas chamber G2 according to the size, number, shape, etc. of the opening 74a of the diffusion plate 74. . In the present embodiment, the opening ratio per unit area of the opening 74 a of the diffusion plate 74 is such that the conductance of the opening 74 a with respect to the gas flow is small on the upstream side of the gas flow in the lower shower plate 70, and the lower shower plate 70. The conductance of the opening 74a with respect to the gas flow is set so as to increase on the downstream side of the gas flow. Specifically, on the upstream side of the gas flow having a high inflow pressure of the second gas, the conductance is reduced by reducing the opening area per unit area of the diffusion plate 74, and the inflow pressure of the second gas is low. On the downstream side of the gas flow, the conductance is increased by increasing the opening area. By doing so, the second gas can be uniformly sent toward the lower gas chamber G2 from the region corresponding to substantially the entire lower surface of the diffusion plate 74. As a result, the lower shower plate 57 from the area corresponding to the substantially whole area of the lower surface, that Do and be uniformly discharged to the second gas into the vacuum chamber 2.

なお、下部ガス導入系7を80℃から200℃程度の温度に保つことが望ましい。そのため、下部ガス導入系7に、第1の実施形態の絶縁膜形成装置1が備える加熱手段11や、第2の実施形態の絶縁膜形成装置1が備える加熱手段11等を備えさせてもよい。  It is desirable to keep the lower gas introduction system 7 at a temperature of about 80 ° C. to 200 ° C. Therefore, the lower gas introduction system 7 may be provided with the heating means 11 provided in the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment, the heating means 11 provided in the insulating film forming apparatus 1 of the second embodiment, and the like. .

以上のように、本実施形態の絶縁膜形成装置1を用いれば、第2のガスを被処理基板100の上方から真空容器2内に均一に供給することができるため、被処理基板100に絶縁膜101を形成する際において、良好な膜厚制御性及び膜厚均一性を実現することができる。  As described above, if the insulating film forming apparatus 1 according to the present embodiment is used, the second gas can be uniformly supplied into the vacuum container 2 from above the substrate to be processed 100, so that the substrate 100 is insulated. In forming the film 101, good film thickness controllability and film thickness uniformity can be realized.

以下、本発明の第6の実施形態を、図9を参照して説明する。本実施形態では、本発明の絶縁膜形成装置の一実施形態について説明する。Hereinafter, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a description will be given of an embodiment of a forming apparatus of dielectric film of the present invention.

本実施形態の絶縁膜形成装置1は、上部ガス導入系6が第1の実施の形態で説明した絶縁膜形成装置1と異なっているが、他の構成は上述した第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。  The insulating film forming apparatus 1 of the present embodiment is different from the insulating film forming apparatus 1 described in the first embodiment in the upper gas introduction system 6, but the other configuration is the insulation of the first embodiment described above. Since it is the same as the film forming apparatus 1, overlapping description is omitted by attaching the same reference numerals to the drawings.

本実施形態の上部ガス導入系6は、誘電体窓3と一体化に形成されている。詳しくは、誘電体窓3には、その内部に第1のガスを流通させるガス流通経路81、ガス流通経路81と真空容器2の内部とを連通させる複数の連通路82、及び、ガス流通経路81と真空容器2の外方とを連通させる連通管83とを有している。ガス流通経路81及び複数の連通路82は、誘電体窓3を切削する等により形成されている。各連通管83はガス流通経路81と連通している。ガス流通経路81と連通管83とにより第1のガス導入部(上部ガス導入部)が構成されており、連通路82の開口端が、第1のガスを真空容器2の内部に導入するガス噴出口となる。  The upper gas introduction system 6 of this embodiment is formed integrally with the dielectric window 3. Specifically, the dielectric window 3 has a gas flow path 81 through which the first gas flows, a plurality of communication paths 82 that connect the gas flow path 81 and the inside of the vacuum vessel 2, and a gas flow path. 81 and a communication pipe 83 that communicates the outside of the vacuum vessel 2. The gas flow path 81 and the plurality of communication paths 82 are formed by cutting the dielectric window 3 or the like. Each communication pipe 83 communicates with the gas flow path 81. The gas flow path 81 and the communication pipe 83 constitute a first gas introduction part (upper gas introduction part), and the open end of the communication path 82 introduces the first gas into the vacuum vessel 2. It becomes a spout.

連通管83は、真空容器2の上壁2aに形成された貫通孔84内に配管され、真空容器2の外方に延出している。連通管83は、誘電体窓3とは一体であっても別体であってもよい。なお、この場合においても、誘電体窓3の内面が電磁波入射面Fとなる。他の構成は第1の実施形態の絶縁膜形成装置1と同じであるから、重複する説明は図に同符号を付して省略する。  The communication pipe 83 is piped into a through hole 84 formed in the upper wall 2 a of the vacuum vessel 2 and extends outward from the vacuum vessel 2. The communication pipe 83 may be integral with or separate from the dielectric window 3. Also in this case, the inner surface of the dielectric window 3 becomes the electromagnetic wave incident surface F. Since the other configuration is the same as that of the insulating film forming apparatus 1 of the first embodiment, the overlapping description will be omitted by attaching the same reference numerals to the drawings.

本実施形態の絶縁膜形成装置1によれば、第1のガス導入系から供給される第1のガスを誘電体部材3近傍で効率よく分解させ、酸素ラジカルを効率良く生成することができる。  According to the insulating film forming apparatus 1 of this embodiment, the first gas supplied from the first gas introduction system can be efficiently decomposed in the vicinity of the dielectric member 3, and oxygen radicals can be generated efficiently.

なお、本発明の絶縁膜形成装置は、上述した実施形態に限定されるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲において種々に実施することができる。The formation apparatus of the absolute Enmaku of the present invention is not limited to the embodiments described above can be implemented in a variety within a scope not departing from the gist.

本発明の第1の実施形態に係る絶縁膜形成装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation apparatus of the insulating film which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 図1中のII−II線に沿って示す断面図。Sectional drawing shown along the II-II line | wire in FIG. 図1中のIII−III線に沿って示す断面図。Sectional drawing shown along the III-III line in FIG. 本発明の第2の実施形態に係る絶縁膜形成装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation apparatus of the insulating film which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図4中のV−V線に沿って示す断面図。Sectional drawing shown along the VV line | wire in FIG. 本発明の第3の実施形態に係る絶縁膜形成装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation apparatus of the insulating film which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係る絶縁膜形成装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation apparatus of the insulating film which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係る絶縁膜形成装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation apparatus of the insulating film which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態に係る絶縁膜形成装置を示す断面図。Sectional drawing which shows the formation apparatus of the insulating film which concerns on the 6th Embodiment of this invention. 電磁波入射面からの距離と電子温度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the distance from an electromagnetic wave incident surface, and electron temperature. 電磁波入射面からの距離と電子密度との関係を示す図。The figure which shows the relationship between the distance from an electromagnetic wave incident surface, and an electron density.

1a,1b,1c,1d,1e,1f…絶縁膜形成装置、 2…真空容器(処理容器)、 3…誘電体窓(誘電体部材)、 6…上部ガス導入系(第1のガス導入系)、 7…下部ガス導入系(第2のガス導入系)、 8…高周波電源、 10…導波管スロットアンテナ、 11加熱手段、 100…被処理基板100、 101…絶縁膜、 F…電磁波入射面、1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f ... insulating film forming apparatus, 2 ... vacuum vessel (processing chamber), 3 ... dielectric window (dielectric member), 6 ... upper gas supply system (first gas introduction System), 7 ... lower gas introduction system (second gas introduction system), 8 ... high frequency power supply, 10 ... waveguide slot antenna, 11 heating means, 100 ... substrate to be processed 100, 101 ... insulating film, F ... electromagnetic wave Incident surface,

Claims (3)

電磁波が入射される電磁波入射面を有し、内部に被処理基板を配設可能な処理容器と、希ガス及び酸素ガスのうちの少なくとも一方を含む第1のガスを前記処理容器内に導入させる第1のガス導入部を有し、前記処理容器に設けられた第1のガス導入系と、
有機シリコン化合物又は有機金属化合物を含む第2のガスを前記処理容器内に導入させる第2のガス導入部を有し、前記処理容器内に配置される被処理基板より大きい環状の下部ガス導入管からなる第2のガス導入系と、
前記下部ガス導入管を80℃乃至200℃に加熱する加熱手段と、を具備し、
前記第1のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が10mm未満に設定されているとともに、前記第2のガス導入部と前記電磁波入射面との間の距離が10mm以上に設定されており、且つ、前記処理容器の内部の前記電磁波入射面近傍に前記第1のガスによる表面波プラズマを生成し、第1のガスのラジカルを生成させ、
前記ラジカルが拡散流として前記第2のガス雰囲気に到達し前記第2のガスと反応して前記被処理基板に絶縁膜を形成させることを特徴とする絶縁膜形成装置。
A processing container having an electromagnetic wave incident surface on which an electromagnetic wave is incident and having a substrate to be processed disposed therein, and a first gas containing at least one of a rare gas and an oxygen gas are introduced into the processing container. A first gas introduction system having a first gas introduction part and provided in the processing vessel;
An annular lower gas introduction pipe having a second gas introduction part for introducing a second gas containing an organosilicon compound or an organometallic compound into the processing container, and having a ring shape larger than the substrate to be processed disposed in the processing container. A second gas introduction system comprising:
Heating means for heating the lower gas introduction pipe to 80 ° C. to 200 ° C.,
The distance between the first gas introduction part and the electromagnetic wave incident surface is set to less than 10 mm, and the distance between the second gas introduction part and the electromagnetic wave incident surface is set to 10 mm or more. And generating a surface wave plasma by the first gas in the vicinity of the electromagnetic wave incident surface inside the processing container, generating radicals of the first gas,
An insulating film forming apparatus, wherein the radical reaches the second gas atmosphere as a diffusion flow and reacts with the second gas to form an insulating film on the substrate to be processed.
前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する1以上の導波管スロットアンテナを更に具備していることを特徴とする請求項1記載の絶縁膜形成装置。  The insulating film forming apparatus according to claim 1, further comprising one or more waveguide slot antennas that radiate electromagnetic waves so that the electromagnetic waves enter the processing container from the electromagnetic wave incident surface. 前記電磁波入射面から電磁波を処理容器内部に入射させるように電磁波を放射する複数の導波管スロットアンテナと、
これら導波管スロットアンテナが上に配置された外面と、
前記電磁波入射面を有する内面とを備えた誘電体部材とを更に具備することを特徴とする請求項1に記載の絶縁膜形成装置。
A plurality of waveguide slot antennas that radiate electromagnetic waves so that the electromagnetic waves enter the processing container from the electromagnetic wave incident surface;
An outer surface on which these waveguide slot antennas are disposed; and
The insulating film forming apparatus according to claim 1, further comprising a dielectric member provided with an inner surface having the electromagnetic wave incident surface.
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