JP2011077442A - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマを生成して基板に対して成膜などを施すプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing method and a plasma processing apparatus for generating plasma and forming a film on a substrate.
プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)処理を行い、基板上に所定の膜を成膜するプラズマ処理装置を用いる場合、処理室内壁から発生した元素が処理室内に放出され、その放出された元素が基板上に成膜される膜中に混入してしまう。そのため、基板上に成膜された膜中に含まれる不純物濃度が高くなってしまい、膜質の低下が問題となる。 In the case of using a plasma processing apparatus that performs a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) process and forms a predetermined film on a substrate, an element generated from the inner wall of the processing chamber is released into the processing chamber, and the released element is discharged onto the substrate. It will mix in the film | membrane formed into a film. For this reason, the concentration of impurities contained in the film formed on the substrate becomes high, and the deterioration of the film quality becomes a problem.
上記膜中の不純物濃度の上昇という問題を解決するため、例えば特許文献1には、半導体構造物の製造方法において、成膜室内壁を非晶質半導体膜で覆い成膜中の非単結晶半導体膜に混入する不純物(汚染物)を低減させる技術が開示されている。また、特許文献2には、プラズマCVD処理において処理室内壁に順に窒化シリコン膜、非単結晶シリコン膜、窒化シリコン膜である3層の膜を成膜し、不純物の発生を抑制する成膜方法が開示されている。さらに、特許文献3には、半導体膜を成膜する際に、処理室内壁を基板上に成膜させる膜と同種の膜等で被覆する技術が開示されている。
In order to solve the problem of an increase in the impurity concentration in the film, for example,
一方、マイクロ波を導波管の下面に複数形成されたスロットに通して処理室の内部に露出するように配置された複数の誘電体中に伝播させ、誘電体表面で形成された電磁界での電界エネルギーにより処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている(例えば、特許文献4参照)。 On the other hand, the microwave is propagated through a plurality of slots formed on the lower surface of the waveguide and is exposed to the inside of the processing chamber so that the electromagnetic field formed on the surface of the dielectric is generated. There is known a plasma processing apparatus that converts a processing gas supplied into a processing chamber into a plasma by the electric field energy and performs plasma processing on a substrate (see, for example, Patent Document 4).
また、プラズマ処理装置として、処理室の内部に露出した金属面に沿って電磁波を伝搬させる表面波伝搬部を、処理室の上面に配置された誘電体に隣接して設けたタイプのプラズマ処理装置が知られている(例えば、特許文献5参照)。 Further, as a plasma processing apparatus, a plasma processing apparatus of a type in which a surface wave propagation part that propagates electromagnetic waves along a metal surface exposed inside the processing chamber is provided adjacent to a dielectric disposed on the upper surface of the processing chamber. Is known (see, for example, Patent Document 5).
上記特許文献4および特許文献5に記載のプラズマ処理装置は、いずれも処理室の上面に誘電体が配置された構造となっており、その誘電体中あるいは誘電体とその誘電体に隣接する部分にマイクロ波を伝播させる構成となっている。このような構成のプラズマ処理装置は、処理室内に高密度で低電子温度のプラズマを均一に形成することができ、大型の基板(例えば半導体ウェハやガラス基板)を均一かつ高速にプラズマ処理できるといった利点がある。
Each of the plasma processing apparatuses described in
しかしながら、上記特許文献4および特許文献5に記載されたタイプのプラズマ処理装置を用いてプラズマCVD処理を行う場合、その膜には成膜時に不純物が混入し、良質な膜を得るのが困難であるという問題点があった。
However, when plasma CVD processing is performed using the plasma processing apparatuses of the types described in
そこで、本発明は、電磁波を処理室へ透過させるために処理室の内部に露出する誘電体を有したマイクロ波プラズマ処理装置において成膜された薄膜の不純物濃度を低く抑え、良質な膜を得ることが可能なプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置を提供する。 Therefore, the present invention suppresses the impurity concentration of a thin film formed in a microwave plasma processing apparatus having a dielectric exposed inside the processing chamber in order to transmit electromagnetic waves to the processing chamber, and obtains a high-quality film. A plasma processing method and a plasma processing apparatus are provided.
本発明によれば、処理室に基板を収納し、電磁波源から前記処理室の内部に露出している1または2以上の誘電体を透過させて前記処理室内に電磁波を供給し、前記処理室内にプラズマを励起させて基板を処理するプラズマ処理方法であって、前記基板の処理に先立ち前記処理室の内部に露出する前記誘電体の表面を膜で被覆するプリコート工程を有する、プラズマ処理方法が提供される。 According to the present invention, a substrate is stored in a processing chamber, and one or more dielectrics exposed to the inside of the processing chamber are transmitted from an electromagnetic wave source to supply electromagnetic waves into the processing chamber. A plasma processing method for processing a substrate by exciting a plasma to a substrate, comprising: a pre-coating step of coating the surface of the dielectric exposed to the inside of the processing chamber with a film prior to processing of the substrate. Provided.
また、別の観点からの本発明によれば、プラズマ処理される基板を収納する処理室と、前記処理室内にプラズマを励起させるために必要な電磁波を供給する電磁波源と、前記処理室内に処理ガスを供給する処理ガス供給源と、前記電磁波源に対し電力設定値を指示し、前記処理ガス供給源に対し流量設定値を指示する装置コントローラとを備え、前記電磁波源から供給される電磁波を前記処理室の内部に透過させる、前記処理室の内部に露出した1または2以上の誘電体を備えたプラズマ処理装置であって、前記装置コントローラは、前記処理室の内部に露出する前記誘電体を膜で被覆するプリコート工程の手順を記憶した記憶装置を有する、プラズマ処理装置が提供される。 According to another aspect of the present invention, a processing chamber for storing a substrate to be plasma processed, an electromagnetic wave source for supplying an electromagnetic wave necessary for exciting the plasma in the processing chamber, and a processing chamber for processing the chamber. A processing gas supply source for supplying a gas; and an apparatus controller for instructing a power setting value for the electromagnetic wave source and for instructing a flow rate setting value for the processing gas supply source. A plasma processing apparatus including one or more dielectrics exposed to the inside of the processing chamber, which is transmitted through the processing chamber, wherein the apparatus controller is exposed to the dielectric of the processing chamber. There is provided a plasma processing apparatus having a storage device storing a procedure of a pre-coating process for coating a film with a film.
本発明によれば、電磁波を処理室へ透過させるために処理室の内部に露出する誘電体を有したマイクロ波プラズマ処理装置において成膜された薄膜の不純物濃度を低く抑え、良質な膜を得ることが可能なプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置が提供される。 According to the present invention, the impurity concentration of a thin film formed in a microwave plasma processing apparatus having a dielectric exposed inside the processing chamber in order to transmit electromagnetic waves to the processing chamber is suppressed, and a high-quality film is obtained. A plasma processing method and a plasma processing apparatus are provided.
以下、本発明の実施の1形態を、プラズマ処理の一例であるCVD処理を行うための、マイクロ波を導波管の下面に複数形成されたスロットに通して処理室の上面に配置された複数枚の誘電体に伝播させ、誘電体表面で形成された電磁界での電界エネルギーにより処理室内に供給された処理ガスをプラズマ化させて、基板にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置1に基づいて説明する。このCVD処理は、例えば液晶ディスプレイ(LCD)装置や、有機発光ダイオード(OLED)ディスプレイ装置における薄膜トランジスタ(TFT)の半導体層や、太陽電池における発光層などとしての微結晶シリコンの成膜などに適用できる。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
In the following, a plurality of microwaves are disposed on the upper surface of the processing chamber through a plurality of slots formed on the lower surface of the waveguide for performing CVD processing, which is an example of plasma processing, according to one embodiment of the present invention. A description will be given based on a
なお、以下の説明では流量をSCCMの単位を用いて説明する。SCCMは温度が0℃かつ圧力が1atmつまり101325Paで規格化した流量を表す。例えばxSCCMは、一分間当たりに、温度が0℃かつ1atmつまり101325Paにおいてxcc(ccはつまりcm3)の体積となるガスと等しい質量のガスを流すことを意味する。
また、以下の説明では、数値の表記にaEbといった表記方法を用いる。これは、a×10bを意味する。例えば、2.7E+3は、2.7E+3=2.7×10+3=2.7×1000を意味する。
In the following description, the flow rate will be described using the unit of SCCM. SCCM represents a flow rate normalized at a temperature of 0 ° C. and a pressure of 1 atm, that is, 101325 Pa. For example, xSCCM means that a gas having a mass equal to a gas having a volume of xcc (cc is cm 3 ) is flown per minute at a temperature of 0 ° C. and 1 atm, that is, 101325 Pa.
In the following description, a notation method such as aEb is used for numerical notation. This means a × 10 b . For example, 2.7E + 3 means 2.7E + 3 = 2.7 × 10 +3 = 2.7 × 1000.
図1は本実施の1形態にかかるプラズマ処理装置1の概略的な構成を示した縦断面図である。図2は、このプラズマ処理装置1が備える蓋体3の下面図である。図3は、蓋体3の部分拡大縦断面図である。このプラズマ処理装置1は、上部が開口した有底立方体形状の処理容器2と、この処理容器2の上方を塞ぐ蓋体3を備えている。処理容器2の上方を蓋体3で塞ぐことにより、処理容器2の内部には密閉空間である処理室4が形成されている。これら処理容器2と蓋体3は例えばアルミニウムからなり、いずれも電気的に接地された状態になっている。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a
処理室4の内部には、基板として例えばガラス基板(以下「基板」という)Gを載置するための載置台としてのサセプタ10が設けられている。このサセプタ10は例えば窒化アルミニウムからなり、その内部には、基板Gを静電吸着すると共に処理室4の内部に所定のバイアス電圧を印加させるための給電部11と、基板Gを所定の温度に加熱するヒータ12が設けられている。給電部11には、処理室4の外部に設けられたバイアス印加用の高周波電源13がコンデンサなどを備えた整合器14を介して接続されると共に、静電吸着用の高圧直流電源15がコイル16を介して接続されている。ヒータ12には、同様に処理室4の外部に設けられた交流電源17が接続されている。
Inside the
サセプタ10は、処理室4の外部下方に設けられた昇降プレート20の上に、筒体21を介して支持されており、昇降プレート20と一体的に昇降することによって、処理室4内におけるサセプタ10の高さが調整される。但し、処理容器2の底面と昇降プレート20との間には、べローズ22が装着してあるので、処理室4内の気密性は保持されている。
The
処理容器2の底部には、処理室4の外部に設けられた真空ポンプなどの排気装置(図示せず)によって処理室4内の雰囲気を排気するための排気口23が設けられている。また、処理室4内においてサセプタ10の周囲には,処理室4内におけるガスの流れを好ましい状態に制御するための整流板24が設けられている。
An
蓋体3は、蓋本体30の下面にスロットアンテナ31を一体的に形成し、更にスロットアンテナ31の下面に、複数枚のタイル状の誘電体32を取り付けた構成である。蓋本体30及びスロットアンテナ31は、例えばアルミニウムなどの導電性材料で一体的に構成され、電気的に接地状態である。図1に示すように処理容器2の上方を蓋体3によって塞いだ状態では、蓋本体30の下面周辺部と処理容器2の上面との間に配置されたOリング33と、後述する各スロット70の周りに配置されたOリング(図示せず)によって、処理室4内の気密性が保持されている。
The lid 3 has a configuration in which a
蓋本体30の内部には、断面形状が矩形状の方形導波管35が複数本水平に配置されている。この実施の形態では、何れも直線上に延びる6本の方形導波管35を有しており、各方形導波管35同士が互いに平行となるように並列に配置されている。各方形導波管35の断面形状(矩形状)の長辺方向がH面で垂直となり、短辺方向がE面で水平となるように配置されている。なお、長辺方向と短辺方向をどのように配置するかは、モードによって変る。また各方形導波管35の内部は、例えばフッ素樹脂(例えばテフロン(登録商標))、アルミナ(Al2O3)、石英などの誘電部材36がそれぞれ充填されている。
Inside the
処理室4の外部には、図2に示されるように、この実施の形態では3つのマイクロ波供給装置40が設けられており、各マイクロ波供給装置40からは、例えば2.45GHzのマイクロ波が、蓋本体30の内部に設けられた2本ずつの方形導波管35に対してそれぞれ導入されるようになっている。各マイクロ波供給装置40と2本ずつの各方形導波管35との間には、2本の方形導波管35に対してマイクロ波を分配して導入させるためのY分岐管41がそれぞれ接続してある。なお、ここではマイクロ波の周波数を2.45GHzとしたが、本発明において使用するマイクロ波の周波数は例えば、915MHz等、600MHz〜20GHzであればよい。
As shown in FIG. 2, three
図1に示されるように、蓋本体30の内部に形成された各方形導波管35の上部は蓋本体30の上面において開口しており、そのように開口した各方形導波管35の上方から、各方形導波管35内に上面45が昇降自在に挿入されている。一方、蓋本体30の内部に形成された各方形導波管35の下面は、蓋本体30の下面に一体的に形成されたスロットアンテナ31を構成している。蓋本体30の上方には、方形導波管35の上面45を、水平な姿勢を保ったまま方形導波管35の下面(スロットアンテナ31の上面)に対して昇降移動させる昇降機構46が、各方形導波管35毎に設けられている。
As shown in FIG. 1, the upper part of each
図3に示すように、方形導波管35の上面45は、蓋本体30の上面を覆うように取付けられたカバー体50内に配置される。カバー体50の内部には、方形導波管35の上面45を昇降させるために充分な高さを持った空間が形成されている。カバー体50の上面には、一対のガイド部51とガイド部51同士の間に配置された昇降部52が配置されており、これらガイド部51と昇降部52によって方形導波管35の上面45を昇降移動させる昇降機構46が構成されている。
As shown in FIG. 3, the
方形導波管35の上面45は、各ガイド部51に設けられたガイドロッド55と、昇降部52に設けられた昇降ロッド56を介して、カバー体50の上面から吊下げられている。これらガイドロッド55と昇降ロッド56の下端には、ストッパー用のナット57が取付けてあり、これらナット57を方形導波管35の上面45の内部に形成された孔部58に係合させることにより、カバー体50の内部において、方形導波管35の上面45を落下させずに支持している。
An
これらガイドロッド55と昇降ロッド56の上端は、カバー体50の上面を貫通し、上方に突出している。ガイド部51に設けられたガイドロッド55は、カバー体50の上面に固定されたガイド60内を貫通し、ガイド60内において垂直方向にスライド移動できるようになっている。一方、昇降部52に設けられた昇降ロッド56は、カバー体50の上面に支持されたプレート61と、このプレート61の上に回転自在に配置された回転ハンドル62を貫通している。昇降ロッド56の外周面にはネジ溝が形成してあり、該ネジ溝を回転ハンドル62の中心に形成したネジ孔に係合させた構成になっている。
The upper ends of the
かかる昇降機構46にあっては、回転ハンドル62を回転操作することにより、昇降ロッド56に対する回転ハンドル62の係合位置が変わり、それに伴って、方形導波管35の上面45をカバー体50の内部において昇降移動させることができる。なお、かかる昇降移動をする際には、ガイド部51に設けられたガイドロッド55がガイド60内を垂直方向にスライド移動するので、方形導波管35の上面45は常に水平姿勢に保たれ、方形導波管35の上面45と下面(スロットアンテナ31の上面)は常に平行となる。
In such an elevating
上述のように、方形導波管35の内部には誘電部材36が充填されているので、方形導波管35の上面45は、誘電部材36の上面に接する位置まで下降することができる。そして、このように誘電部材36の上面に接する位置を下限として、方形導波管35の上面45をカバー体50の内部で昇降移動させることにより、回転ハンドル62の回転操作で、方形導波管35の下面(スロットアンテナ31の上面)に対する方形導波管35の上面45の高さhを任意に変えることが可能である。なお、カバー体50の高さは、後述するように処理室4内で行われるプラズマ処理の条件に応じて方形導波管35の上面45を昇降移動させる際に、上面45を充分な高さにまで移動させることができるように設定される。
As described above, since the
方形導波管35の上面45は,例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり,上面45の周面部には,蓋本体30に対して電気的に導通させるためのシールドスパイラル65が取り付けてある。このシールドスパイラル65の表面には,電気抵抗下げるために例えば金メッキが施されている。したがって,方形導波管35の内壁面全体は互いに電気的に導通した導電性部材で構成されており,方形導波管35の内壁面全体に沿って放電せずに電流が円滑に流れるように構成されている。
The
スロットアンテナ31を構成する各方形導波管35の下面には、透孔としての複数のスロット70が、各方形導波管35の長手方向に沿って等間隔に配置されている。この実施の形態では、各方形導波管35毎に13個ずつ(G5相当)のスロット70が、それぞれ直列に並べて設けられており、スロットアンテナ31全体で、13個×6列=78箇所のスロット70が、蓋本体30の下面(スロットアンテナ31)全体に均一に分布して配置されている。
A plurality of
このようにスロットアンテナ31の全体に均一に分布して配置された各スロット70の内部には、例えばフッ素樹脂、アルミナ(Al2O3)、石英などの誘電部材71がそれぞれ充填されている。また、これら各スロット70の下方には、上述のようにスロットアンテナ31の下面に取付けられた複数枚の誘電体32がそれぞれ配置されている。各誘電体32は長方形の平板状をなしており、例えばSiO2、Al2O3、Y2O3等の酸化物系やAIN等の窒化物系の誘電材料で構成される。なお、本実施の形態では誘電体32がAl2O3(アルミナ)である場合を例として説明する。
In this way, the
図2に示されるように、各誘電体32は、一つのマイクロ波供給装置40に対してY分岐管41を介して接続された2本の方形導波管35を跨ぐようにそれぞれ配置される。前述のように、蓋本体30の内部には全部で6本の方形導波管35が平行に配置されており、各誘電体32は、それぞれ2本ずつの方形導波管35に対応するように、3列に配置されている。
As shown in FIG. 2, each dielectric 32 is disposed so as to straddle two
また前述のように、各方形導波管35の下面(スロットアンテナ31)には、それぞれ12個ずつのスロット70が直列に並べて配置されており、各誘電体32は、互いに隣接する2本の方形導波管35(Y分岐管41を介して同じマイクロ波供給装置40に接続された2本の方形導波管35)の各スロット70同士間を跨ぐように取り付けられている。これにより、スロットアンテナ31の下面には、全部で13個×3列=39枚の誘電体32が取り付けられている。スロットアンテナ31の下面には、これら39枚の誘電体32を13個×3列に配列された状態で支持するための、格子状に形成された梁75が設けられている。
Further, as described above, twelve
ここで、図4は、蓋体3の下方から見た誘電体32の拡大図である。梁75は、各誘電体32の周囲を囲むように配置されており、各誘電体32をスロットアンテナ31の下面に密着させた状態で支持している。梁75は、例えばアルミニウムなどの導電性材料からなり、スロットアンテナ31および蓋本体30と共に電気的に接地された状態になっている。この梁75によって各誘電体32の周囲を支持することにより、各誘電体32の下面の大部分を処理室4内に露出させた状態にさせている。
Here, FIG. 4 is an enlarged view of the dielectric 32 viewed from below the lid 3. The
各誘電体32と各スロット70の間は、Oリング(図示せず)などのシール部材を用いて、封止された状態となっている。蓋本体30の内部に形成された各方形導波管35に対しては、例えば大気圧の状態でマイクロ波が導入されるが、このように各誘電体32と各スロット70の間がそれぞれ封止されているので、処理室4内の気密性が保持されている。
A space between each dielectric 32 and each
各誘電体32は、長手方向の長さLが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長λgよりも長く、幅方向の長さMが誘電体中を伝播するマイクロ波の波長λgよりも短い長方形に形成されている。マイクロ波供給装置40で例えば2.45GHzのマイクロ波を発生させた場合、誘電体中を伝播するマイクロ波の波長λgは約60mmとなる。このため、各誘電体32の長手方向の長さLは、60mmよりも長く、例えば188mmに設定される。また、各誘電体32の幅方向の長さMは、60mmよりも短く、例えば40mmに設定される。
Each dielectric 32 is a rectangle whose length L in the longitudinal direction is longer than the wavelength λg of the microwave propagating in the dielectric and whose length M in the width direction is shorter than the wavelength λg of the microwave propagating in the dielectric. Is formed. For example, when a microwave of 2.45 GHz is generated by the
また、各誘電体32の下面には、凹凸が形成されている。即ち、この実施の形態では、長方形に形成された各誘電体32の下面において、その長手方向に沿って7個の凹部80が直列に並べて配置されている。これら各凹部80は、平面視ではいずれもほぼ等しい略長方形状をなしている。また、各凹部80の内側面は、ほぼ垂直な壁面になっており、その深さはそれぞれ同一でもよく、異なっていても良い。 Further, unevenness is formed on the lower surface of each dielectric 32. That is, in this embodiment, seven concave portions 80 are arranged in series along the longitudinal direction on the lower surface of each dielectric 32 formed in a rectangular shape. Each of these recesses 80 has a substantially rectangular shape that is substantially equal in plan view. Moreover, the inner side surface of each recessed part 80 is a substantially vertical wall surface, The depth may be the same respectively, and may differ.
各誘電体32を支持している梁75の下面には、各誘電体32の周囲において処理室4内に処理ガスを供給するためのガス噴射口85がそれぞれ設けられている。ガス噴射口85は、各誘電体32毎にその周囲を囲むように複数箇所に形成されることにより、処理室4の上面全体にガス噴射口85が均一に分布して配置されている。
図1に示すように、蓋本体30内部には処理ガス供給用のガス配管90と、冷却水供給用の冷却水配管91が設けられている。ガス配管90は、梁75の下面に設けられた各ガス噴射口85に連通している。
As shown in FIG. 1, a
ガス配管90には、処理室4の外部に配置された処理ガス供給源95が接続されている。この実施の形態では、処理ガス供給源95として、アルゴンガス供給源100、成膜ガスとしてのシランガス供給源101および水素ガス供給源102が用意され、各々バルブ100a、101a、102a、マスフローコントローラ100b、101b、102b、バルブ100c、101c、102cを介して、ガス配管90に接続されている。これにより、処理ガス供給源95からガス配管90に供給された処理ガスが、ガス噴射口85から処理室4内に噴射されるようになっている。
A processing
また、ガス配管90には、処理室4の外部に配置されたクリーニングガス供給源96が接続されている。クリーニングガス供給源96からは、例えばNF3(3フッ化窒素)等のクリーニングガスが供給され、ガス噴射口85から処理室4内に噴射される。
In addition, a cleaning
マイクロ波供給源40と処理ガス供給源95とクリーニングガス供給源96とは、装置コントローラ107に接続されている。この装置コントローラ107は、記憶装置108を有しており、この記憶装置108に記憶された手順(シーケンス)に従って、マイクロ波供給源40に対してのマイクロ波出力電力の設定値、各マスフローコントローラに対しての流すガスの流量の設定値、各バルブに対してのバルブの開閉指示およびクリーニングガス供給源96に対してのクリーニングガス流量の設定値等を指示する。
The
冷却水配管91には、処理室4の外部に配置された冷却水供給源105が接続されている。冷却水供給源105から冷却水配管91に冷却水が循環供給されることにより、蓋本体30は所定の温度に保たれている。
A cooling
以上のように構成された本発明の実施の形態にかかるプラズマ処理装置1において、例えば微結晶Si成膜を行う場合について説明する。まず、クリーニングガス供給源96からクリーニングガスを、基板Gの搬入されていない状態の処理室4内部に供給し、クリーニング終了後にはクリーニングガスを処理室4から排気する。
In the
そして、処理室4内部のクリーニングを行った後、基板Gを処理室4内に載置する前に、各誘電体32の処理室4内に露出している部分(各誘電体32の下面)について、例えばシリコン膜やSiO2膜等による被覆(以下、プリコートという)を行う。プリコートを行う際には、シランガス(SiH4)およびアルゴンガス(Ar)のみを処理室4内に供給し、水素ガスは供給しない。シランガスおよびアルゴンガスの供給と同時に排気口23から排気を行い、処理室4内を所定の圧力にすることで各誘電体32のプリコートが実施される。この各誘電体32の処理室4内に露出している部分についてのシリコンを含む膜によるプリコートは、プリコート後に行われる基板Gへの微結晶Si膜の成膜時より高い圧力下で行われ、また、基板Gへの微結晶Si膜の成膜時よりSiH4の流量が多い条件下で行われ、さらには、基板Gへの微結晶Si膜の成膜時よりマイクロ波パワーの小さい条件下で行われる。
Then, after cleaning the inside of the
上述のように、各誘電体32の処理室4内に露出している部分についてプリコートを行った後、続いて基板Gに対し微結晶Si膜の成膜が行われる。成膜処理する際には、処理室4内のサセプタ10上に基板Gを載置し、処理ガス供給源95からガス配管90、ガス噴射口85を経て所定の処理ガス、例えばアルゴンガス/シランガス/水素の混合ガスを処理室4内に供給しつつ、排気口23から排気して処理室4内を所定の圧力に設定する。この場合、蓋本体30の下面全体に分布して配置されているガス噴射口85から処理ガスを噴き出すことにより、サセプタ10上に載置された基板Gの表面全体に処理ガスを満遍なく供給することができる。なお、微結晶Si膜の成膜が行われる条件下では、各誘電体32にプリコートされたシリコンを含む膜が削られてしまう恐れがあるため、例えば15〜20枚の基板Gを成膜処理するごとに、前記クリーニング処理を行い、その後に誘電体32の上記プリコートを繰り返し行うことが好ましい。
As described above, after pre-coating the portions of each dielectric 32 exposed in the
そして、このように処理ガスを処理室4内に供給する一方で、ヒータ12によって基板Gを所定の温度に加熱する。また、図2に示したマイクロ波供給装置40で発生させた例えば2.45GHzのマイクロ波が、Y分岐管41を経て各方形導波管35に導入され、それぞれの各スロット70を通じて、各誘電体32中を伝播していく。なお、このように方形導波管35に導入されたマイクロ波を各スロット70から各誘電体32に伝播させる場合、スロット70の大きさが充分でないと、マイクロ波が方形導波管35からスロット70内に入り込まなくなってしまう。しかしながら、この実施の形態では、各スロット70内に例えばフッ素樹脂、Al2O3、石英などといった空気よりも誘電率の高い誘電部材71が充填されている。このため、スロット70が十分な大きさを有していなくても、誘電部材71の存在によって、見かけ上はマイクロ波を入り込ませるのに十分な大きさを有しているスロット70と同様な機能を果すことになる。これにより、方形導波管35に導入されたマイクロ波を各スロット70から各誘電体32に確実に伝播させることができる。
Then, while supplying the processing gas into the
こうして、各誘電体32中に伝播させたマイクロ波のエネルギーによって、各誘電体32の表面において処理室4内に電磁界が形成され、電界エネルギーによって処理容器2内の前記処理ガスをプラズマ化することにより、基板G上の表面に対して、微結晶Si膜の成膜が行われる。この場合、各誘電体32の下面に凹部80が形成されているので、これら凹部80の内側面に伝播されたマイクロ波のエネルギーによって該内側面に対してほぼ垂直の電界を形成させ、その近傍でプラズマを効率良く発生させることができる。また、プラズマの生成箇所も安定させることができる。
Thus, an electromagnetic field is formed in the
ここで、処理室4内で行われるこのようなプラズマ処理の条件(例えばガス種、圧力、マイクロ波供給装置のパワー出力等)は、処理の種類などによって適宜設定されるが、例えば、ガス種は上述したようにアルゴンガス/シランガス/水素の混合ガスであり、圧力は30mTorrであり、マイクロ波供給装置のパワー出力は5kW×3である。 Here, the conditions of such plasma processing performed in the processing chamber 4 (for example, gas type, pressure, power output of the microwave supply device, etc.) are appropriately set depending on the type of processing. Is a mixed gas of argon gas / silane gas / hydrogen as described above, the pressure is 30 mTorr, and the power output of the microwave supply device is 5 kW × 3.
本発明者らは基板への微結晶Si膜成膜時の不純物の混入という問題点について、鋭意検討した結果、処理室の上面に誘電体を有したマイクロ波プラズマ処理装置における微結晶Si成膜時に混入される不純物の原因は、処理室の上面に設けられたマイクロ波導入用の誘電体が、その表面に発生した水素ラジカル(Hラジカル)により還元されてしまい、還元によって前記誘電体から発生した元素が処理室内に放出され、基板上に成膜されている微結晶Si膜中に混入してしまうことであるという知見を得た。以下に本知見を得るにいたった不純物発生源の特定実験を述べる。 As a result of intensive studies on the problem of impurity contamination during the formation of a microcrystalline Si film on the substrate, the present inventors have found that the microcrystalline Si film is formed in a microwave plasma processing apparatus having a dielectric on the upper surface of the processing chamber. The cause of the impurities sometimes mixed is that the dielectric material for introducing microwaves provided on the upper surface of the processing chamber is reduced by hydrogen radicals (H radicals) generated on the surface, and is generated from the dielectric material by reduction. It was found that the element was released into the processing chamber and mixed into the microcrystalline Si film formed on the substrate. The specific experiment of the impurity generation source that led to this knowledge is described below.
プリコートを行わずに微結晶Si膜を成膜する際に、不純物であるアルミニウム(Al)元素が発生する要因の特定を行うために、プラズマ処理装置1を用いAl元素発生源の特定実験を行った。この実験は、プラズマ処理装置1の処理室内の誘電体、梁・ノズル、ステージブロック(サセプタ)をそれぞれ被覆をしない場合とイットリア(Y2O3)又は耐熱性のポリイミドフィルムテープによる被覆をした場合の後述する実験1から4のそれぞれについて、後述する基板への微結晶Si成膜条件により基板への微結晶Siの成膜を行い、基板に成膜された微結晶Si膜に含まれるAl濃度を二次イオン質量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)を用いて測定した。表1は実験1〜4における各部の被覆の有無を示した表である。
(本実験での基板への微結晶Siの成膜条件)
本実験での基板への微結晶Si成膜条件は、処理室内へ基板を入れ、マイクロ波パワーを5kW×3、シラン(SiH4)ガス流量を12SCCM、水素(H2)ガス流量を12SCCM、アルゴン(Ar)ガス流量を126SCCM、圧力を30mTorr、蓋体の処理室内における下面と基板の距離(Gap)を90mm、ステージブロック温度を300℃として基板に微結晶Si膜を成膜させた。
(Deposition conditions of microcrystalline Si on the substrate in this experiment)
The microcrystalline Si film formation condition on the substrate in this experiment is that the substrate is placed in the processing chamber, the microwave power is 5 kW × 3, the silane (SiH 4) gas flow rate is 12 SCCM, the hydrogen (H 2) gas flow rate is 12 SCCM, argon ( Ar) A microcrystalline Si film was formed on the substrate at a gas flow rate of 126 SCCM, a pressure of 30 mTorr, a distance (Gap) between the lower surface of the lid in the processing chamber and the substrate of 90 mm, a stage block temperature of 300 ° C.
(実験1)
誘電体と、梁・ノズルと、ステージブロックとのいずれにも被覆を施さない状態で、前記基板への微結晶Siの成膜条件により基板への微結晶Si膜を成膜した。微結晶Si中のアルミニウム濃度の測定値は、3.2E+19[atoms/cm3]であった。
(Experiment 1)
A microcrystalline Si film was deposited on the substrate according to the deposition conditions of the microcrystalline Si on the substrate without covering any of the dielectric, beam / nozzle, and stage block. The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si was 3.2E + 19 [atoms / cm 3 ].
(実験2)
誘電体にY2O3による被覆を施し、梁・ノズルと、ステージブロックとには被覆を施さない状態で、前記基板への微結晶Siの成膜条件により基板への微結晶Si膜を成膜した。微結晶Si中のアルミニウム濃度の測定値は、8.6E+17[atoms/cm3]であった。
(Experiment 2)
The dielectric is coated with Y 2 O 3 , and the beam / nozzle and the stage block are not coated, and a microcrystalline Si film is formed on the substrate according to the microcrystalline Si film forming conditions on the substrate. Filmed. The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si was 8.6E + 17 [atoms / cm 3 ].
(実験3)
誘電体にY2O3による被覆を施し、梁・ノズルに耐熱性テープによる被覆を施し、ステージブロックには被覆を施さない状態で、前記基板への微結晶Siの成膜条件により基板への微結晶Si膜を成膜した。微結晶Si中のアルミニウム濃度の測定値は、9.4E+17[atoms/cm3]であった。
(Experiment 3)
The dielectric is coated with Y 2 O 3 , the beam / nozzle is coated with heat-resistant tape, and the stage block is not coated. A microcrystalline Si film was formed. The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si was 9.4E + 17 [atoms / cm 3 ].
(実験4)
誘電体にY2O3による被覆を施し、梁・ノズルとステージブロックに耐熱性テープによる被覆を施した状態で、前記基板への微結晶Siの成膜条件により基板への微結晶Si膜を成膜した。微結晶Si中のアルミニウム濃度の測定値は、5.8E+17[atoms/cm3]であった。
(Experiment 4)
With the dielectric coated with Y 2 O 3 and the beam / nozzle and stage block coated with heat resistant tape, the microcrystalline Si film on the substrate is formed according to the microcrystalline Si film deposition conditions on the substrate. A film was formed. The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si was 5.8E + 17 [atoms / cm 3 ].
図8は、前述の実験1〜4の各場合について基板に成膜された微結晶Si膜に含まれるアルミニウム濃度を二次イオン質量分析法(SIMS)により測定した値をプロットしたグラフである。図8に示されるように、実験1の場合のアルミニウム濃度が他の実験2〜4の場合のアルミニウム濃度に比べ大幅に高く、実験2〜4の間でのアルミニウム濃度の差はほとんどなかった。実験1のアルミニウム濃度が高いことから、被覆を行わない場合、微結晶Si膜には多くのアルミニウムが含まれてしまうことが分かる。さらに、実験2〜4においては各場合でアルミニウム濃度の差はほとんどない。このことから、基板に成膜された微結晶Si膜に混入するアルミニウムは、大部分が誘電体から発生していることが分かった。
FIG. 8 is a graph plotting the values measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS) for the aluminum concentration contained in the microcrystalline Si film formed on the substrate in each case of the above-described
上記実験から、各誘電体32がAl2O3(アルミナ)である場合に、被覆を施していない状態で基板Gへの微結晶Si膜の成膜を行うと、誘電体32が、微結晶Si膜成膜中に処理室4内に発生する水素ラジカルにより還元されてしまい、還元によって誘電体32から発生したAl元素やO元素が処理室内に放出され、基板上に成膜されている微結晶Si膜中に混入してしまい、これにより基板Gに成膜される微結晶Si膜の質が低下してしまうことが分かる。
From the above experiment, when each dielectric 32 is made of Al 2 O 3 (alumina), when a microcrystalline Si film is formed on the substrate G without coating, the dielectric 32 becomes microcrystalline. The silicon radicals are reduced by hydrogen radicals generated in the
一般的に、プラズマ処理装置においては、例えば処理室の内壁や梁等もアルミニウム(Al)元素を含む金属によって構成されている。このため、これら内壁や梁からのAl元素等の不純物の発生も懸念されるが、上記実験から、プリコートを行わずに微結晶Si膜を成膜する際の不純物であるAl元素の発生源は、主に誘電体であり、微結晶Si膜中のアルミニウム濃度を低減するためには、誘電体を被覆することが有効であるとの知見を得た。そのため、上述してきた本実施の形態におけるシリコンを含む膜によるプリコートは、特に誘電体32を被覆することを対象としているのである。 In general, in a plasma processing apparatus, for example, inner walls and beams of a processing chamber are also made of a metal containing an aluminum (Al) element. For this reason, there are concerns about the generation of impurities such as Al elements from these inner walls and beams, but from the above experiments, the source of Al elements that are impurities when forming a microcrystalline Si film without pre-coating is In order to reduce the aluminum concentration in the microcrystalline Si film, it was found that it is effective to cover the dielectric. For this reason, the pre-coating with the silicon-containing film in the present embodiment described above is intended to cover the dielectric 32 in particular.
これに対し、本実施の形態で説明した誘電体32へのシリコンを含む膜によるプリコートを行った後に、基板Gへの微結晶Si膜の成膜を行った場合、微結晶Si膜成膜中に処理室4内に発生するHラジカルと誘電体32が直接接触することがないため、誘電体32の還元が発生しない。そのため、誘電体32から微結晶Si膜内に混入すると不純物となるような元素は発生せず、基板G上に良質な微結晶Si膜が成膜されることとなる。
On the other hand, when the microcrystalline Si film is formed on the substrate G after the pre-coating with the film containing silicon on the dielectric 32 described in the present embodiment, the microcrystalline Si film is being formed. In addition, since the H radicals generated in the
以上、本発明の実施の形態の一例を説明したが、本発明は図示の形態に限定されない。例えば、1枚基板処理を行うたびに、クリーニングを行い、その後プリコートを行うことが好ましい。また例えば、複数枚基板処理を行ってから、クリーニングを行い、その後プリコートを行うこととしても良い。この場合は、クリーニングに要する時間とプリコートに要する時間とが不要となるため、時間当たり(一日あたり)の基板処理枚数を多くすることができる。クリーニングすることにより、処理室内部につけられていたプリコートによる被膜も除去されるため、クリーニング後はプリコートを行ってから基板処理を行うことが好ましい。また例えば基板処理後にクリーニングを行わずプリコートを行っても良い。この場合クリーニングに要する時間が不要となるため、時間当たり(一日あたり)の基板処理枚数を多くすることができる。これは、基板処理によりプリコートによる被膜が薄くなってしまうが、クリーニングを必要とするほどではない場合には、特に有効である。即ち、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although an example of embodiment of this invention was demonstrated, this invention is not limited to the form of illustration. For example, it is preferable that cleaning is performed each time one substrate is processed, and then pre-coating is performed. Further, for example, after a plurality of substrates are processed, cleaning may be performed, and then pre-coating may be performed. In this case, since the time required for cleaning and the time required for pre-coating are not required, the number of substrates processed per hour (per day) can be increased. By performing the cleaning, the pre-coating film applied to the inside of the processing chamber is also removed. Therefore, it is preferable to perform the substrate processing after performing the pre-coating after the cleaning. Further, for example, pre-coating may be performed without performing cleaning after the substrate processing. In this case, since the time required for cleaning is not required, the number of substrates processed per hour (per day) can be increased. This is particularly effective when the pre-coating film is thinned by the substrate treatment but is not so clean. That is, it is obvious for those skilled in the art that various changes or modifications can be conceived within the scope of the idea described in the scope of claims, and naturally, the technical scope of the present invention is also possible. It is understood that it belongs to.
例えば、上記実施の形態ではプラズマ処理装置1を図示して説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるものではない。以下には、処理室の内部に露出した金属面に沿って電磁波を伝播させる表面波伝播部を、処理室の上面に配置された誘電体に隣接して設けたタイプのマイクロ波プラズマを用いたプラズマ処理装置110について図面を参照して説明する。なお上記実施の形態にかかるプラズマ処理装置1と同様の機能構成を有する要素については同一の符号を用いて説明する。また、プラズマ処理装置110はその処理容器4内部の構成において、上記実施の形態にかかるプラズマ処理装置1と差異があり、その他の構成要素についてはほぼ同様の構成であるため、その説明は省略する。
For example, although the
図5は、プラズマ処理装置110の概略的な構成を示した縦断面図(図6中のD−D’−E’−E断面)である。図6は、図5中のA−A断面図である。プラズマ処理装置110は、蓋体3の下面に例えばアルミナ(Al2O3)からなる8つの誘電体32が取付けられている。各誘電体32は実質的に正方形と見なすことができる板状である。各誘電体32は、互いの頂角同士を隣接させるように配置されている。また、隣り合う誘電体32同士において、中心点O’を結ぶ線L’上に、各誘電体32の頂角が隣接して配置される。このように8つの誘電体32を、互いの頂角同士を隣接させ、かつ、互いに隣り合う誘電体32同士において、中心点O’を結ぶ線上に、各誘電体32の頂角が隣接するように配置することにより、蓋体3の下面には、4つの誘電体32に囲まれた正方形の領域Sが3箇所に形成される。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view (cross section along DD′-E′-E in FIG. 6) showing a schematic configuration of the
各誘電体32の下面には、金属電極121が取り付けられている。金属電極121は、導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。誘電体32と同様に、金属電極121も正方形の板状に構成されている。但し、金属電極121の幅Nは、誘電体32の幅Lに比べて僅かに短い。このため、処理容器4の内部から見ると、金属電極121の周囲には、誘電体32の周辺部が正方形の輪郭を現す状態で露出している。そして、処理容器4の内部から見ると、誘電体32の周辺部によって形成された正方形の輪郭の頂角同士が隣接させて配置されている。
A
誘電体32および金属電極121は、ネジ等の接続部材122によって、蓋体3の下面に取り付けられている。金属電極121は、接続部材122を介して蓋体3の下面に電気的に接続されて、電気的に接地された状態になっている。
The dielectric 32 and the
プラズマ処理装置110では、蓋体3の下面の各領域S、および、8つの誘電体32側の領域において、蓋体3の下面が処理容器4内に露出した状態になっている。また、蓋体3の下面は、全体的に平面形状に構成されている。このため、金属電極121下面は、蓋体3の下面よりも下方に位置している。
In the
蓋体3の下面には、8つの誘電体32を取り囲むように配置された溝130が連続して設けられており、この溝130で仕切られた内側の領域において、蓋体3の下面には、8つの蓋体下面内側部分3bが形成されている。これら蓋体下面内側部分3bは、処理容器4の内部から見た状態において、金属電極121を対角線で2等分した直角二等辺三角形とほぼ同様の形状を有している。また、蓋体3の下面の各領域Sには、複数のガス放出孔が分散して開口され、各蓋体下面内側部分3bには、複数のガス放出孔が分散して開口されている。また、蓋体下面内側部分3bには金属カバー131が取り付けられている。この金属カバー131は導電性を有する材料、例えばアルミニウム合金からなる。
A
プラズマ処理装置110においては、プラズマ処理中、マイクロ波供給装置134から各誘電体32に伝搬されられたマイクロ波は、蓋体3の下面に露出している誘電体32の周囲から金属電極121下面および蓋体3の各領域Sと各金属カバー131の下面に沿って伝搬させられる。プラズマ処理装置110によっても、表面波伝搬部である金属電極121下面および蓋体3の各領域Sと各金属カバー131の下面の全体において、均一な条件でマイクロ波のパワーによりプラズマを生成させることにより、基板Gの処理面全体に更に均一なプラズマ処理を施すことが可能である。
In the
上述したプラズマ処理装置110においても本発明は当然適用可能であり、上記実施の形態と同様に、誘電体32への例えばシリコンを含む膜によるプリコートを行った後に、基板Gへの微結晶Si膜の成膜を行った場合、微結晶Si膜成膜中に処理室4内に発生するHラジカルと誘電体32が直接接触することがないため、誘電体32の還元が発生しない。そのため、誘電体32から微結晶Si膜内に混入すると不純物となるような元素は発生せず、基板G上に良質な微結晶Si膜が成膜されることとなる。
The present invention is naturally applicable also to the
また、上記実施の形態では、処理室4にガス供給するガス配管を1つのみ設けた場合を説明したが、複数のガス配管を設けることも考えられる。図7は2つのガス配管、即ち、上段ガス配管90aと下段ガス配管90bを設けた場合のプラズマ処理装置150の概略的な構成を示した縦断面図である。なお、以下の説明において、上記実施の形態と同様の構成要素については同一符号を付して説明する。
In the above embodiment, the case where only one gas pipe for supplying gas to the
図7に示すように、プラズマ処理装置150においては、ガス供給源95から連通する上段ガス配管90aおよび下段ガス配管90bが処理室4内のサセプタ10の上方を通過するように設けられている。上段ガス配管90aと下段ガス配管90bの位置関係は上段ガス配管90aが誘電体32に近く、下段ガス配管90bがサセプタ10に近いという位置関係である。上段ガス配管90aの開口部は誘電体32方向(上向き)であり、下段ガス配管90bの開口部はサセプタ10方向(下向き)である。
As shown in FIG. 7, in the
プラズマ処理装置150において本発明にかかるプラズマ処理方法を適用する場合、プリコートを行う時および基板Gの成膜処理を行う時の双方において、上段ガス配管90aからはアルゴンガスを供給させ、下段ガス配管90bからシランガスを供給させることとしても良い。また、プリコートを行う時には上段ガス配管90aからアルゴンガスおよびシランガスを供給させ、下段ガス配管90bからはガスを供給せず、基板Gの成膜処理を行う時には上段ガス配管90aからはアルゴンガスを供給させ、下段ガス配管90bからシランガスを供給させることも考えられる。
When the plasma processing method according to the present invention is applied to the
(実施例1)
以下に、プラズマ処理装置1でのプリコートの実施例(実施例1)を記す。
プラズマ処理装置1を用い、処理室に基板を入れない状態で、以下に記すプリコート条件によりプリコートを行った後に、処理室に基板を入れ、以下に記す基板処理条件により基板に微結晶Si膜の成膜を行った。
プリコート条件:処理室に基板がない状態で、 マイクロ波パワーを2.55kW×3、シラン(SiH4)ガス流量を100SCCM、酸素(O2)ガス流量を625SCCM、アルゴン(Ar)ガス流量を1500SCCM、圧力を150mTorr、蓋本体3の処理室内における下面と成膜対象の基板を載せるステージブロックの上面の距離(Gap)を166mm、ステージブロック温度を300℃、成膜時間を25分間とした。
なお、プラズマ生成領域のステージの載置面に平行な断面の面積が、約2435cm2なので、前記断面の単位面積当たりのマイクロ波パワーは、約3.14W/cm2である。また基板サイズが40cm×50cmなので、前記基板の単位面積当たりのシランガス流量は、約0.05SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりの酸素(O2)ガス流量は約0.313SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりのアルゴン(Ar)ガス流量は、約0.75SCCM/cm2である。
基板処理条件:基板を処理室に入れ、マイクロ波パワーを5kW×3、シラン(SiH4)ガス流量を12SCCM、水素(H2)ガス流量を12SCCM、アルゴン(Ar)ガス流量を126SCCM、圧力を30mTorr、蓋本体3の処理室内における下面と成膜対象の基板を載せるステージブロックの上面の距離(Gap)を90mm、ステージブロック温度を300℃、成膜時間は所望の膜厚となる時間、として基板に微結晶Si膜を成膜させた。
なお、前記断面の単位面積当たりのマイクロ波パワーは、約6.16W/cm2である。また基板サイズが40cm×50cmなので、前記基板の単位面積当たりのシランガス流量は、約0.006SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H2)ガス流量は約0.006SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりのアルゴン(Ar)ガス流量は、約0.063SCCM/cm2である。
Example 1
Below, the Example (Example 1) of the precoat in the
After performing pre-coating under the pre-coating conditions described below using the
Pre-coating conditions: With no substrate in the processing chamber, microwave power is 2.55 kW × 3, silane (SiH 4 ) gas flow rate is 100 SCCM, oxygen (O 2 ) gas flow rate is 625 SCCM, and argon (Ar) gas flow rate is 1500 SCCM. The pressure was 150 mTorr, the distance (Gap) between the lower surface in the processing chamber of the lid body 3 and the upper surface of the stage block on which the substrate to be deposited was placed was 166 mm, the stage block temperature was 300 ° C., and the deposition time was 25 minutes.
The area of the cross section parallel to the mounting surface of the stage of the plasma generation region, since about 2435Cm 2, microwave power per unit area of the cross section is about 3.14W / cm 2. Further, since the substrate size is 40 cm × 50 cm, the silane gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.05 SCCM / cm 2 . The oxygen (O 2 ) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.313 SCCM / cm 2 . The argon (Ar) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.75 SCCM / cm 2 .
Substrate processing conditions: The substrate is placed in a processing chamber, the microwave power is 5 kW × 3, the silane (SiH 4 ) gas flow rate is 12 SCCM, the hydrogen (H 2 ) gas flow rate is 12 SCCM, the argon (Ar) gas flow rate is 126 SCCM, and the pressure is 30 mTorr, the distance (Gap) between the lower surface in the processing chamber of the lid body 3 and the upper surface of the stage block on which the substrate to be deposited is placed is 90 mm, the stage block temperature is 300 ° C., and the deposition time is the time required for the desired film thickness. A microcrystalline Si film was formed on the substrate.
The microwave power per unit area of the cross section is about 6.16 W / cm 2 . Further, since the substrate size is 40 cm × 50 cm, the silane gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.006 SCCM / cm 2 . The hydrogen (H 2 ) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.006 SCCM / cm 2 . The argon (Ar) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.063 SCCM / cm 2 .
(実施例2)
プラズマ処理装置1でのプリコートの実施例(実施例2)を記す。プラズマ処理装置1を用い、処理室に基板を入れない状態で、以下に記すプリコート条件によりプリコートを行った後に、処理室に基板を入れ、以下に記す基板処理条件により基板に微結晶Si膜の成膜を行った。
プリコート条件:処理室に基板がない状態で、 マイクロ波パワーを2kW×3、シラン(SiH4)ガス流量を400SCCM、水素(H2)ガス流量を0SCCM、アルゴン(Ar)ガス流量を600SCCM、圧力を60mTorr、蓋本体3の処理室内における下面と成膜対象の基板を載せるステージブロックの上面の距離(Gap)を90mm、ステージブロック温度を300℃、成膜時間を25分間。
なお、プラズマ生成領域のステージの載置面に平行な断面の面積が、約2435cm2なので、前記断面の単位面積当たりのマイクロ波パワーは、約2.46W/cm2である。また基板サイズが40cm×50cmなので、前記基板の単位面積当たりのシランガス流量は、約0.2SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H2)ガス流量は0.0SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりのアルゴン(Ar)ガス流量は、約0.3SCCM/cm2である。
基板処理条件:上記実施例1に記載の基板処理条件と同一とした。
(Example 2)
An example (Example 2) of pre-coating in the
Pre-coating conditions: With no substrate in the processing chamber, microwave power is 2 kW × 3, silane (SiH 4 ) gas flow rate is 400 SCCM, hydrogen (H 2 ) gas flow rate is 0 SCCM, argon (Ar) gas flow rate is 600 SCCM,
The area of the cross section parallel to the mounting surface of the stage of the plasma generation region, since about 2435Cm 2, microwave power per unit area of the cross section is about 2.46W / cm 2. Further, since the substrate size is 40 cm × 50 cm, the silane gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.2 SCCM / cm 2 . The hydrogen (H 2 ) gas flow rate per unit area of the substrate is 0.0 SCCM / cm 2 . The argon (Ar) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.3 SCCM / cm 2 .
Substrate processing conditions: the same substrate processing conditions as described in Example 1 above.
(実施例3)
プラズマ処理装置110でのプリコートの実施例(実施例3)を記す。プラズマ処理装置110を用い、処理室に基板を入れない状態で、以下に記すプリコート条件によりプリコートを行った後に、処理室に基板を入れ、以下に記す基板処理条件により基板に微結晶Si膜の成膜を行った。
プリコート条件:マイクロ波電力が1kW、シラン(SiH4)ガス流量が200sccm、水素(H2)ガス流量が0sccm、アルゴン(Ar)ガス流量が300sccm、圧力が30mTorr、蓋本体3の処理室内における下面と成膜対象の基板を載せるステージブロックの上面との距離(Gap)が90mm、ステージブロックの温度が300℃成膜時間を10分間。
なお、プラズマ生成領域のステージの載置面に平行な断面の面積が、約1250cm2なので、単位面積当たりのマイクロ波パワーは、約0.803W/cm2である。また基板サイズが30cm×30cmなので、前記基板の単位面積当たりのシランガス流量は、約0.22SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H2)ガス流量は0.0SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりのアルゴン(Ar)ガス流量は、約0.33SCCM/cm2である。
基板処理条件:マイクロ波電力が4kW、シラン(SiH4)ガス流量が12sccm、水素(H2)ガス流量が12sccm、アルゴン(Ar)ガス流量が126sccm、圧力が20mTorr、蓋体3の処理室内における下面と成膜対象の基板を載せるステージブロックの上面との距離(Gap)が150mm、ステージブロックの温度が300℃、成膜時間は所望の膜厚となるような時間とした。
なお、前記断面の単位面積当たりのマイクロ波パワーは、約3.21W/cm2である。また基板サイズが30cm×30cmなので、前記基板の単位面積当たりのシランガス流量は、約0.013SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H2)ガス流量は0.013SCCM/cm2である。また、前記基板の単位面積あたりのアルゴン(Ar)ガス流量は、約0.14SCCM/cm2である。
(Example 3)
An example (Example 3) of pre-coating in the
Pre-coating conditions: microwave power is 1 kW, silane (SiH 4 ) gas flow rate is 200 sccm, hydrogen (H 2 ) gas flow rate is 0 sccm, argon (Ar) gas flow rate is 300 sccm, pressure is 30 mTorr, lower surface in the processing chamber of the lid body 3 The distance (Gap) between the upper surface of the stage block on which the substrate to be deposited is placed is 90 mm, the stage block temperature is 300 ° C., and the deposition time is 10 minutes.
The area of the cross section parallel to the mounting surface of the stage of the plasma generation region, since about 1250 cm 2, the microwave power per unit area is about 0.803W / cm 2. Further, since the substrate size is 30 cm × 30 cm, the silane gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.22 SCCM / cm 2 . The hydrogen (H 2 ) gas flow rate per unit area of the substrate is 0.0 SCCM / cm 2 . The argon (Ar) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.33 SCCM / cm 2 .
Substrate processing conditions: microwave power is 4 kW, silane (SiH 4 ) gas flow rate is 12 sccm, hydrogen (H 2 ) gas flow rate is 12 sccm, argon (Ar) gas flow rate is 126 sccm, pressure is 20 mTorr, and in the processing chamber of the lid 3 The distance (Gap) between the lower surface and the upper surface of the stage block on which the film formation target substrate is placed is 150 mm, the temperature of the stage block is 300 ° C., and the film formation time is set to a desired film thickness.
The microwave power per unit area of the cross section is about 3.21 W / cm 2 . Further, since the substrate size is 30 cm × 30 cm, the flow rate of silane gas per unit area of the substrate is about 0.013 SCCM / cm 2 . The hydrogen (H 2 ) gas flow rate per unit area of the substrate is 0.013 SCCM / cm 2 . The argon (Ar) gas flow rate per unit area of the substrate is about 0.14 SCCM / cm 2 .
(比較例1)
比較例1として、プラズマ処理装置1においてプリコートを行わずに処理室に基板を入れ、以下に記す基板処理条件により基板に微結晶Si膜の成膜を行った。
プリコート条件:処理室内をプリコート等の被覆を施さない状態とした。
基板処理条件:実施例1に記載の基板処理条件と同一とした。
(Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a substrate was placed in a processing chamber without performing pre-coating in the
Precoat conditions: The treatment chamber was not coated with a precoat or the like.
Substrate processing conditions: The same substrate processing conditions as described in Example 1 were used.
実施例1〜2および比較例1のそれぞれにより基板に成膜した微結晶Si膜中のアルミ濃度を以下の表2に記す。
実施例1での微結晶Si膜中のアルミニウム濃度の測定値は2.7E+15atom/cm3であり、プリコートを行っていない状態(比較例1)での微結晶Si膜中のアルミニウム濃度の測定値は3.7E+19atom/cm3と実施例1のプリコートにより基板上に成膜された微結晶Si膜中のアルミニウム濃度が低減された。 The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si film in Example 1 is 2.7E + 15 atoms / cm 3 , and the measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si film in the state where the pre-coating is not performed (Comparative Example 1). Was 3.7E + 19 atom / cm 3 and the aluminum concentration in the microcrystalline Si film formed on the substrate by the pre-coating of Example 1 was reduced.
実施例2での基板上の微結晶Si膜中のアルミニウム濃度の測定値は2.7E+17atom/cm3と、プリコートを行っていない状態(比較例1)での同アルミニウム濃度は3.7E+19atom/cm3と、実施例2のプリコートにより基板上に成膜された微結晶Si膜中のアルミニウム濃度が低減された。さらに、実施例1での基板上に成膜された微結晶Si膜中には高濃度の酸素が混入していたが、実施例2で基板上に成膜された微結晶Si膜中の酸素濃度は実施例1での同濃度の100分の1以下となった。 The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si film on the substrate in Example 2 is 2.7E + 17 atom / cm 3, and the aluminum concentration in the state where the pre-coating is not performed (Comparative Example 1) is 3.7E + 19 atom / cm 3. 3 and the aluminum concentration in the microcrystalline Si film formed on the substrate by the precoat of Example 2 was reduced. Further, high concentration oxygen was mixed in the microcrystalline Si film formed on the substrate in Example 1, but oxygen in the microcrystalline Si film formed on the substrate in Example 2 was. The concentration was 1/100 or less of the same concentration in Example 1.
実施例3のプリコートを行った状態での基板上の微結晶Si膜中のアルミニウム濃度の測定値は4.0E+15atom/cm3となった。 The measured value of the aluminum concentration in the microcrystalline Si film on the substrate in the state where the precoating of Example 3 was performed was 4.0E + 15 atoms / cm 3 .
本発明は、プラズマを生成して基板に対して成膜などを施すプラズマ処理方法およびプラズマ処理装置に適用できる。 The present invention can be applied to a plasma processing method and a plasma processing apparatus for generating plasma and forming a film on a substrate.
G 基板
1、110、150 プラズマ処理装置
2 処理容器
3 蓋体
4 処理室
10 サセプタ
11 給電部
12 ヒータ
13 高周波電源
14 整合器
15 高圧直流電源
16 コイル
17 交流電源
20 昇降プレート
21 筒体
22 べローズ
23 排気口
24 整流板
30 蓋本体
31 スロットアンテナ
32 誘電体
33 Oリング
35 方形導波管
36 誘電部材
40 マイクロ波供給装置
41 Y分岐管
45 上面
46 昇降機構
50 カバー体
51 ガイド部
52 昇降部
55 ガイドロッド
56 昇降ロッド
57 ナット
58 孔部
60 ガイド
61 プレート
62 回転ハンドル
70 スロット
71 誘電部材
75 梁
80 凹部
85 ガス噴射口
90 ガス配管
91 冷却水配管
95 処理ガス供給源
100 アルゴンガス供給源
101 シランガス供給源
102 水素ガス供給源
105 冷却水供給源
107 装置コントローラ
108 記憶装置
121 金属電極
122 接続部材
130 溝
131 金属カバー
Claims (20)
前記基板の処理に先立ち前記処理室の内部に露出する前記誘電体の表面を膜で被覆するプリコート工程を有する、プラズマ処理方法。 A substrate is accommodated in a processing chamber, and one or more dielectrics exposed inside the processing chamber are transmitted from an electromagnetic wave source to supply electromagnetic waves into the processing chamber, and plasma is excited in the processing chamber. A plasma processing method for processing a substrate,
A plasma processing method comprising a pre-coating step of coating a surface of the dielectric exposed to the inside of the processing chamber with a film prior to processing the substrate.
前記装置コントローラは、前記処理室の内部に露出する前記誘電体を膜で被覆するプリコート工程の手順を記憶した記憶装置を有する、プラズマ処理装置。 A processing chamber for storing a substrate to be plasma-treated; an electromagnetic wave source for supplying an electromagnetic wave necessary for exciting plasma in the processing chamber; a processing gas supply source for supplying a processing gas into the processing chamber; and the electromagnetic wave source An apparatus controller for instructing a power set value for the processing gas and for instructing a flow rate setting value for the processing gas supply source, wherein the electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave source is transmitted through the processing chamber. A plasma processing apparatus comprising one or more dielectrics exposed inside,
The apparatus controller is a plasma processing apparatus having a storage device storing a procedure of a pre-coating process for coating the dielectric exposed inside the processing chamber with a film.
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