JP2011077442A - Plasma processing method and plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing method and a plasma processing apparatus, wherein a film of good quality can be obtained by minimizing an impurity concentration of a thin film formed by a microwave plasma processing apparatus including a dielectric for introducing an electromagnetic wave into a processing chamber. <P>SOLUTION: This invention relates to the plasma processing method in which a substrate is stored in the processing chamber, the electromagnetic wave is transmitted from an electromagnetic wave source into the processing chamber through one or two or more dielectrics exposed in the processing chamber, and plasma is excited in the processing chamber to process the substrate. The plasma processing method includes a pre-coating process of coating surfaces of the dielectrics exposed in the processing chamber with films prior to the processing on the substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

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, Patent Document 1 discloses a non-single-crystal semiconductor in which a film-forming chamber is covered with an amorphous semiconductor film in a semiconductor structure manufacturing method. A technique for reducing impurities (contaminants) mixed in a film is disclosed. Patent Document 2 discloses a film formation method in which three layers of a silicon nitride film, a non-single crystal silicon film, and a silicon nitride film are sequentially formed on a processing chamber wall in plasma CVD processing to suppress generation of impurities. Is disclosed. Further, Patent Document 3 discloses a technique for covering a processing chamber wall with a film of the same type as a film to be formed on a substrate when forming a semiconductor film.

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 Patent Document 4 and Patent Document 5 has a structure in which a dielectric is disposed on the upper surface of the processing chamber, and the dielectric or a portion adjacent to the dielectric and the dielectric. It is the structure which propagates a microwave. The plasma processing apparatus having such a configuration can uniformly form high-density and low-electron temperature plasma in the processing chamber, and can uniformly and rapidly plasma a large substrate (for example, a semiconductor wafer or a glass substrate). There are advantages.

特開2004−343039号公報JP 2004-343039 A 特開2002−158218号公報JP 2002-158218 A 特開2009−71290号公報JP 2009-71290 A 特開2007−103519号公報JP 2007-103519 A WO2008/153064A1WO2008 / 153064A1

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 Patent Document 4 and Patent Document 5, impurities are mixed in the film during film formation, and it is difficult to obtain a high-quality film. There was a problem that there was.

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.

本実施の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。It is the longitudinal cross-sectional view which showed schematic structure of the plasma processing apparatus 1 concerning this Embodiment. 蓋体3の下面図である。4 is a bottom view of the lid body 3. FIG. 蓋体3の部分拡大縦断面図である。3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of a lid body 3. FIG. 蓋体3の下方から見た誘電体32の拡大図である。3 is an enlarged view of a dielectric 32 as viewed from below the lid 3. FIG. プラズマ処理装置110の概略的な構成を示した縦断面図である。2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus 110. FIG. 図5中のA−A断面図である。It is AA sectional drawing in FIG. 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。2 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus 150. FIG. 成膜された微結晶Si膜に含まれるアルミニウム濃度を測定したグラフである。It is the graph which measured the aluminum concentration contained in the formed microcrystal Si film.

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 plasma processing apparatus 1 that propagates to a sheet of dielectric material and converts the processing gas supplied into the processing chamber into plasma by electric field energy in the electromagnetic field formed on the surface of the dielectric material, and applies plasma processing to the substrate. To do. This CVD process can be applied to film formation of microcrystalline silicon as a semiconductor layer of a thin film transistor (TFT) in a liquid crystal display (LCD) device, an organic light emitting diode (OLED) display device, or a light emitting layer in a solar cell, for example. . In the present specification and drawings, components having substantially the same functional configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

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cm)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×10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 plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment. FIG. 2 is a bottom view of the lid 3 provided in the plasma processing apparatus 1. FIG. 3 is a partially enlarged longitudinal sectional view of the lid 3. The plasma processing apparatus 1 includes a bottomed cubic processing container 2 having an open top, and a lid 3 that closes the upper side of the processing container 2. By closing the upper portion of the processing container 2 with a lid 3, a processing chamber 4, which is a sealed space, is formed inside the processing container 2. The processing container 2 and the lid 3 are made of aluminum, for example, and both are electrically grounded.

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 processing chamber 4 is provided a susceptor 10 as a mounting table for mounting, for example, a glass substrate (hereinafter referred to as “substrate”) G as a substrate. The susceptor 10 is made of, for example, aluminum nitride, and includes a power supply unit 11 for electrostatically adsorbing the substrate G and applying a predetermined bias voltage to the inside of the processing chamber 4, and the substrate G at a predetermined temperature. A heater 12 for heating is provided. A high-frequency power supply 13 for bias application provided outside the processing chamber 4 is connected to the power supply unit 11 via a matching unit 14 including a capacitor, and a high-voltage DC power supply 15 for electrostatic adsorption is connected to a coil. 16 is connected. Similarly, an AC power supply 17 provided outside the processing chamber 4 is connected to the heater 12.

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 susceptor 10 is supported on an elevating plate 20 provided below the processing chamber 4 via a cylindrical body 21 and moves up and down integrally with the elevating plate 20 so that the susceptor in the processing chamber 4 is supported. The height of 10 is adjusted. However, since the bellows 22 is mounted between the bottom surface of the processing container 2 and the elevating plate 20, the airtightness in the processing chamber 4 is maintained.

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 exhaust port 23 for exhausting the atmosphere in the processing chamber 4 by an exhaust device (not shown) such as a vacuum pump provided outside the processing chamber 4 is provided at the bottom of the processing chamber 2. Further, a rectifying plate 24 is provided around the susceptor 10 in the processing chamber 4 for controlling the gas flow in the processing chamber 4 to a preferable state.

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 slot antenna 31 is integrally formed on the lower surface of the lid body 30, and a plurality of tile-shaped dielectrics 32 are attached to the lower surface of the slot antenna 31. The lid body 30 and the slot antenna 31 are integrally formed of a conductive material such as aluminum and are electrically grounded. As shown in FIG. 1, in the state where the upper portion of the processing container 2 is closed by the lid body 3, an O-ring 33 disposed between the lower peripheral portion of the lid main body 30 and the upper surface of the processing container 2, and slots described later. Airtightness in the processing chamber 4 is maintained by an O-ring (not shown) arranged around 70.

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(Al)、石英などの誘電部材36がそれぞれ充填されている。 Inside the lid body 30, a plurality of rectangular waveguides 35 having a rectangular cross section are arranged horizontally. In this embodiment, each has six rectangular waveguides 35 extending in a straight line, and the rectangular waveguides 35 are arranged in parallel so as to be parallel to each other. The rectangular waveguides 35 are arranged so that the long side direction of the cross-sectional shape (rectangular shape) is perpendicular to the H plane and the short side direction is horizontal to the E plane. Note that how the long side direction and the short side direction are arranged varies depending on the mode. Each rectangular waveguide 35 is filled with a dielectric member 36 such as fluororesin (for example, Teflon (registered trademark)), alumina (Al 2 O 3 ), quartz, or the like.

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 microwave supply devices 40 are provided outside the processing chamber 4 in this embodiment, and each microwave supply device 40 has, for example, a microwave of 2.45 GHz. Are introduced into each of the two rectangular waveguides 35 provided inside the lid main body 30. Between each microwave supply device 40 and each of the two rectangular waveguides 35, there are Y branch pipes 41 for distributing and introducing the microwaves to the two rectangular waveguides 35, respectively. Connected. Although the microwave frequency is 2.45 GHz here, the microwave frequency used in the present invention may be 600 MHz to 20 GHz such as 915 MHz, for example.

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 rectangular waveguide 35 formed inside the lid body 30 is open on the upper surface of the lid body 30, and above each rectangular waveguide 35 thus opened. Therefore, the upper surface 45 is inserted into each rectangular waveguide 35 so as to be movable up and down. On the other hand, the lower surface of each rectangular waveguide 35 formed inside the lid body 30 constitutes a slot antenna 31 formed integrally with the lower surface of the lid body 30. Above the lid body 30, an elevating mechanism 46 that moves the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 up and down relative to the lower surface of the rectangular waveguide 35 (the upper surface of the slot antenna 31) while maintaining a horizontal posture, Each rectangular waveguide 35 is provided.

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 upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is disposed in a cover body 50 attached so as to cover the upper surface of the lid body 30. Inside the cover body 50, a space having a height sufficient to raise and lower the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is formed. On the upper surface of the cover body 50, a pair of guide parts 51 and an elevating part 52 arranged between the guide parts 51 are arranged, and the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is formed by the guide parts 51 and the elevating part 52. An elevating mechanism 46 that moves up and down is configured.

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 upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is suspended from the upper surface of the cover body 50 via a guide rod 55 provided in each guide portion 51 and an elevating rod 56 provided in the elevating portion 52. Stopper nuts 57 are attached to the lower ends of the guide rod 55 and the lifting rod 56, and these nuts 57 are engaged with holes 58 formed in the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35. The upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is supported inside the cover body 50 without dropping.

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 guide rod 55 and the elevating rod 56 penetrate the upper surface of the cover body 50 and protrude upward. The guide rod 55 provided in the guide portion 51 passes through the guide 60 fixed to the upper surface of the cover body 50, and can slide in the guide 60 in the vertical direction. On the other hand, the elevating rod 56 provided in the elevating part 52 passes through a plate 61 supported on the upper surface of the cover body 50 and a rotary handle 62 arranged rotatably on the plate 61. A screw groove is formed on the outer peripheral surface of the elevating rod 56, and the screw groove is engaged with a screw hole formed at the center of the rotary handle 62.

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 mechanism 46, when the rotary handle 62 is rotated, the engaging position of the rotary handle 62 with respect to the elevating rod 56 changes, and accordingly, the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is attached to the cover body 50. It can be moved up and down inside. In this case, the guide rod 55 provided in the guide portion 51 slides in the guide 60 in the vertical direction, so that the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is always kept in a horizontal posture. The upper surface 45 and the lower surface of the rectangular waveguide 35 (the upper surface of the slot antenna 31) are always parallel.

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 dielectric member 36 is filled in the rectangular waveguide 35, the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 can be lowered to a position in contact with the upper surface of the dielectric member 36. The rectangular waveguide 35 can be rotated by rotating the rotary handle 62 by moving the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 up and down inside the cover body 50 with the position in contact with the upper surface of the dielectric member 36 as the lower limit. The height h of the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 with respect to the lower surface of 35 (the upper surface of the slot antenna 31) can be arbitrarily changed. Note that the height of the cover body 50 is sufficiently high when the upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is moved up and down according to the conditions of the plasma processing performed in the processing chamber 4 as will be described later. It is set so that it can be moved to.

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 upper surface 45 of the rectangular waveguide 35 is made of, for example, a conductive material such as aluminum, and a shield spiral 65 for electrically conducting the lid main body 30 is attached to the peripheral surface portion of the upper surface 45. For example, gold plating is applied to the surface of the shield spiral 65 in order to reduce electric resistance. Therefore, the entire inner wall surface of the rectangular waveguide 35 is formed of conductive members that are electrically connected to each other so that current flows smoothly without discharging along the entire inner wall surface of the rectangular waveguide 35. It is configured.

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 slots 70 as through holes are arranged at equal intervals along the longitudinal direction of each rectangular waveguide 35 on the lower surface of each rectangular waveguide 35 constituting the slot antenna 31. In this embodiment, 13 (equivalent to G5) slots 70 are arranged in series for each rectangular waveguide 35, and the slot antenna 31 as a whole has 13 × 6 rows = 78 locations. The slots 70 are uniformly distributed on the entire lower surface (slot antenna 31) of the lid body 30.

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(Al)、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SiO、Al、Y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Al(アルミナ)である場合を例として説明する。 In this way, the slots 70 arranged uniformly distributed throughout the slot antenna 31 are filled with dielectric members 71 such as fluororesin, alumina (Al 2 O 3 ), and quartz. A plurality of dielectrics 32 attached to the lower surface of the slot antenna 31 as described above are disposed below the slots 70, respectively. Each dielectric 32 has a rectangular flat plate shape, and is made of, for example, an oxide-based dielectric material such as SiO 2 , Al 2 O 3 , Y 2 O 3, or a nitride-based dielectric material such as AIN. In the present embodiment, the case where the dielectric 32 is Al 2 O 3 (alumina) will be described as an example.

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 rectangular waveguides 35 connected to one microwave supply device 40 via a Y branch tube 41. . As described above, a total of six rectangular waveguides 35 are arranged in parallel inside the lid body 30, and each dielectric 32 corresponds to two rectangular waveguides 35. Are arranged in three rows.

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 slots 70 are arranged in series on the lower surface (slot antenna 31) of each rectangular waveguide 35, and each dielectric 32 has two adjacent ones. The rectangular waveguide 35 (two rectangular waveguides 35 connected to the same microwave supply device 40 via the Y branch pipe 41) is attached so as to straddle between the slots 70. Accordingly, a total of 13 × 3 rows = 39 dielectrics 32 are attached to the lower surface of the slot antenna 31. On the lower surface of the slot antenna 31, a beam 75 formed in a lattice shape is provided to support these 39 dielectrics 32 in a state of being arranged in 13 × 3 rows.

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 beam 75 is disposed so as to surround each dielectric 32, and supports each dielectric 32 in a state of being in close contact with the lower surface of the slot antenna 31. The beam 75 is made of a conductive material such as aluminum and is electrically grounded together with the slot antenna 31 and the lid body 30. The periphery of each dielectric 32 is supported by the beam 75, so that most of the lower surface of each dielectric 32 is exposed in the processing chamber 4.

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 slot 70 is sealed using a seal member such as an O-ring (not shown). For example, microwaves are introduced into each rectangular waveguide 35 formed inside the lid body 30 at atmospheric pressure, and thus the gap between each dielectric 32 and each slot 70 is sealed. Since it is stopped, the airtightness in the processing chamber 4 is maintained.

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 microwave supply device 40, the wavelength λg of the microwave propagating through the dielectric is about 60 mm. For this reason, the length L in the longitudinal direction of each dielectric 32 is set longer than 60 mm, for example, 188 mm. Moreover, the length M in the width direction of each dielectric 32 is shorter than 60 mm, for example, set to 40 mm.

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。 Gas injection ports 85 for supplying a processing gas into the processing chamber 4 around each dielectric 32 are provided on the lower surface of the beam 75 supporting each dielectric 32. The gas injection ports 85 are formed at a plurality of locations so as to surround the periphery of each dielectric 32, so that the gas injection ports 85 are uniformly distributed over the entire upper surface of the processing chamber 4.

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 gas pipe 90 for supplying a processing gas and a cooling water pipe 91 for supplying cooling water are provided inside the lid main body 30. The gas pipe 90 communicates with each gas injection port 85 provided on the lower surface of the beam 75.

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 gas supply source 95 disposed outside the processing chamber 4 is connected to the gas pipe 90. In this embodiment, an argon gas supply source 100, a silane gas supply source 101 as a film forming gas, and a hydrogen gas supply source 102 are prepared as a processing gas supply source 95, and valves 100a, 101a, 102a, a mass flow controller 100b, 101b, 102b and valves 100c, 101c, 102c are connected to the gas pipe 90. As a result, the processing gas supplied from the processing gas supply source 95 to the gas pipe 90 is injected into the processing chamber 4 from the gas injection port 85.

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NF(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 gas supply source 96 disposed outside the processing chamber 4 is connected to the gas pipe 90. A cleaning gas such as NF 3 (nitrogen trifluoride) is supplied from the cleaning gas supply source 96 and is injected into the processing chamber 4 from the gas injection port 85.

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 microwave supply source 40, the processing gas supply source 95 and the cleaning gas supply source 96 are connected to the apparatus controller 107. This device controller 107 has a storage device 108, and according to the procedure (sequence) stored in this storage device 108, the set value of the microwave output power for the microwave supply source 40, each mass flow controller In addition, a set value of the flow rate of the gas to flow, an instruction to open / close the valve for each valve, and a set value of the cleaning gas flow rate to the cleaning gas supply source 96 are instructed.

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 water supply source 105 disposed outside the processing chamber 4 is connected to the cooling water pipe 91. The cooling water is circulated and supplied from the cooling water supply source 105 to the cooling water pipe 91, so that the lid body 30 is kept at a predetermined temperature.

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 plasma processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention configured as described above, for example, a case where a microcrystalline Si film is formed will be described. First, the cleaning gas is supplied from the cleaning gas supply source 96 to the inside of the processing chamber 4 where the substrate G is not loaded, and the cleaning gas is exhausted from the processing chamber 4 after the cleaning is completed.

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SiO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(SiH)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SiH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 processing chamber 4 and before placing the substrate G in the processing chamber 4, a portion of each dielectric 32 exposed in the processing chamber 4 (the lower surface of each dielectric 32). For example, coating with silicon film or SiO 2 film (hereinafter referred to as pre-coating) is performed. When performing pre-coating, only silane gas (SiH 4 ) and argon gas (Ar) are supplied into the processing chamber 4, and hydrogen gas is not supplied. Simultaneously with the supply of the silane gas and the argon gas, exhaust is performed from the exhaust port 23 to bring the inside of the processing chamber 4 to a predetermined pressure, so that the dielectric 32 is precoated. The pre-coating with the silicon-containing film on the portion of each dielectric 32 exposed in the processing chamber 4 is performed under a higher pressure than when the microcrystalline Si film is formed on the substrate G after the pre-coating, Further, it is performed under the condition that the flow rate of SiH 4 is larger than that during the formation of the microcrystalline Si film on the substrate G, and further under the condition that the microwave power is smaller than that during the formation of the microcrystalline Si film on the substrate G. Done in

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 processing chamber 4, a microcrystalline Si film is subsequently formed on the substrate G. When performing the film forming process, the substrate G is placed on the susceptor 10 in the processing chamber 4, and a predetermined processing gas such as argon gas / silane gas is supplied from the processing gas supply source 95 through the gas pipe 90 and the gas injection port 85. While supplying the / hydrogen mixed gas into the processing chamber 4, the gas is exhausted from the exhaust port 23 to set the processing chamber 4 at a predetermined pressure. In this case, the processing gas is evenly supplied to the entire surface of the substrate G placed on the susceptor 10 by ejecting the processing gas from the gas injection ports 85 distributed over the entire lower surface of the lid body 30. Can do. It should be noted that, under conditions where a microcrystalline Si film is formed, a film containing silicon pre-coated on each dielectric 32 may be scraped, so that, for example, 15 to 20 substrates G are formed. It is preferable that the cleaning process is performed each time, and then the pre-coating of the dielectric 32 is repeatedly performed.

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、Al、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 processing chamber 4 in this way, the substrate G is heated to a predetermined temperature by the heater 12. Further, for example, a 2.45 GHz microwave generated by the microwave supply device 40 shown in FIG. 2 is introduced into each rectangular waveguide 35 via the Y branch pipe 41, and each dielectric is passed through each slot 70. Propagates through the body 32. When the microwaves introduced into the rectangular waveguide 35 are propagated from the slots 70 to the dielectrics 32 in this way, if the size of the slots 70 is not sufficient, the microwaves are transferred from the rectangular waveguide 35 to the slots. No longer enters 70. However, in this embodiment, each slot 70 is filled with a dielectric member 71 having a dielectric constant higher than that of air, such as fluorine resin, Al 2 O 3 , quartz, or the like. For this reason, even if the slot 70 does not have a sufficient size, the presence of the dielectric member 71 causes a function similar to that of the slot 70 that is apparently large enough to allow microwaves to enter. Will be fulfilled. Thereby, the microwave introduced into the rectangular waveguide 35 can be reliably propagated from each slot 70 to each dielectric 32.

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 processing chamber 4 on the surface of each dielectric 32 by the microwave energy propagated in each dielectric 32, and the processing gas in the processing chamber 2 is turned into plasma by the electric field energy. Thus, a microcrystalline Si film is formed on the surface of the substrate G. In this case, since the recesses 80 are formed on the lower surface of each dielectric 32, an electric field substantially perpendicular to the inner surface is formed by the microwave energy propagated to the inner surfaces of these recesses 80, and the vicinity thereof. Thus, plasma can be generated efficiently. In addition, plasma generation locations can be stabilized.

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(Y)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。

Figure 2011077442
When the microcrystalline Si film is formed without pre-coating, in order to identify the factors that generate the aluminum (Al) element as an impurity, an experiment for identifying the Al element generation source was performed using the plasma processing apparatus 1. It was. In this experiment, the dielectric, the beam / nozzle, and the stage block (susceptor) in the processing chamber of the plasma processing apparatus 1 are not covered and the case is covered with yttria (Y 2 O 3 ) or a heat-resistant polyimide film tape. In each of the experiments 1 to 4 described later, the microcrystalline Si film is formed on the substrate under the microcrystalline Si film forming conditions described later, and the Al concentration contained in the microcrystalline Si film formed on the substrate Was measured using secondary ion mass spectrometry (SIMS). Table 1 is a table showing the presence or absence of coating of each part in Experiments 1 to 4.
Figure 2011077442

(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/cm]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Y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/cm]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Y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/cm]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Y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/cm]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 Experiments 1 to 4. As shown in FIG. 8, the aluminum concentration in Experiment 1 was significantly higher than that in other Experiments 2-4, and there was almost no difference in aluminum concentration between Experiments 2-4. Since the aluminum concentration in Experiment 1 is high, it can be seen that when the coating is not performed, the microcrystalline Si film contains a large amount of aluminum. Further, in Experiments 2 to 4, there is almost no difference in aluminum concentration in each case. This shows that most of the aluminum mixed in the microcrystalline Si film formed on the substrate is generated from the dielectric.

上記実験から、各誘電体32がAl(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 processing chamber 4 during the formation of the Si film, and Al elements and O elements generated from the dielectric 32 due to the reduction are released into the processing chamber and deposited on the substrate. It turns out that it mixes in the crystalline Si film, and this deteriorates the quality of the microcrystalline Si film formed on the substrate G.

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 processing chamber 4 and the dielectric 32 are not in direct contact, the reduction of the dielectric 32 does not occur. Therefore, an element that becomes an impurity is not generated when mixed into the microcrystalline Si film from the dielectric 32, and a high-quality microcrystalline Si film is formed on the substrate G.

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 plasma processing apparatus 1 has been illustrated and described in the above embodiment, the scope of application of the present invention is not limited to this. In the following, a microwave plasma of a type in which a surface wave propagation part for propagating 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 used. The plasma processing apparatus 110 will be described with reference to the drawings. In addition, the element which has the function structure similar to the plasma processing apparatus 1 concerning the said embodiment is demonstrated using the same code | symbol. The plasma processing apparatus 110 is different from the plasma processing apparatus 1 according to the above-described embodiment in the configuration inside the processing container 4, and the other components are substantially the same configuration, and thus the description thereof is omitted. .

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(Al)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 plasma processing apparatus 110. 6 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In the plasma processing apparatus 110, eight dielectrics 32 made of alumina (Al 2 O 3 ) are attached to the lower surface of the lid 3. Each dielectric 32 has a plate shape that can be regarded as a substantially square. Each dielectric 32 is arranged so that apex angles thereof are adjacent to each other. Further, in the adjacent dielectric bodies 32, the apex angles of the respective dielectric bodies 32 are arranged adjacent to each other on a line L ′ connecting the center points O ′. In this way, the eight dielectrics 32 are adjacent to each other, and the apex angles of the dielectrics 32 are adjacent to each other on the line connecting the center points O ′ between the adjacent dielectrics 32. By arranging in this manner, three square regions S surrounded by four dielectrics 32 are formed on the lower surface of the lid 3.

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 metal electrode 121 is attached to the lower surface of each dielectric 32. The metal electrode 121 is made of a conductive material, such as an aluminum alloy. Similar to the dielectric 32, the metal electrode 121 is also formed in a square plate shape. However, the width N of the metal electrode 121 is slightly shorter than the width L of the dielectric 32. For this reason, when viewed from the inside of the processing container 4, the periphery of the dielectric 32 is exposed around the metal electrode 121 in a state in which a square outline appears. And when it sees from the inside of the processing container 4, the apex angles of the square outline formed by the peripheral part of the dielectric material 32 are arrange | positioned adjacently.

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 metal electrode 121 are attached to the lower surface of the lid 3 by a connection member 122 such as a screw. The metal electrode 121 is electrically connected to the lower surface of the lid 3 via the connection member 122 and is electrically grounded.

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 plasma processing apparatus 110, the lower surface of the lid 3 is exposed in the processing container 4 in each region S on the lower surface of the lid 3 and the eight dielectric 32 side regions. Moreover, the lower surface of the cover body 3 is configured in a planar shape as a whole. For this reason, the lower surface of the metal electrode 121 is positioned below the lower surface of the lid 3.

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 groove 130 arranged so as to surround the eight dielectric bodies 32 is continuously provided on the lower surface of the lid 3, and in the inner region partitioned by the groove 130, Eight lid body lower surface inner portions 3b are formed. When viewed from the inside of the processing vessel 4, the lid lower surface inner portion 3 b has substantially the same shape as a right-angled isosceles triangle obtained by dividing the metal electrode 121 into two equal parts. In addition, a plurality of gas discharge holes are dispersedly opened in each region S on the lower surface of the lid 3, and a plurality of gas discharge holes are dispersedly opened in each lid lower surface inner portion 3b. In addition, a metal cover 131 is attached to the lid lower surface inner portion 3b. The metal cover 131 is made of a conductive material such as an aluminum alloy.

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 plasma processing apparatus 110, the microwave propagated from the microwave supply apparatus 134 to each dielectric 32 during the plasma processing is from the periphery of the dielectric 32 exposed on the lower surface of the lid 3 to the lower surface of the metal electrode 121. And propagated along each region S of the lid 3 and the lower surface of each metal cover 131. Also by the plasma processing apparatus 110, plasma is generated by the power of microwaves under uniform conditions on the lower surface of the metal electrode 121, which is a surface wave propagation portion, and on the entire area S of the lid 3 and the lower surface of each metal cover 131. Thus, it is possible to perform a more uniform plasma process on the entire processing surface of the substrate G.

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 plasma processing apparatus 110 described above, and the microcrystalline Si film on the substrate G is applied after pre-coating the dielectric 32 with a film containing, for example, silicon, as in the above embodiment. In this case, since the H radical generated in the processing chamber 4 and the dielectric 32 are not in direct contact with each other during the formation of the microcrystalline Si film, the reduction of the dielectric 32 does not occur. Therefore, an element that becomes an impurity is not generated when mixed into the microcrystalline Si film from the dielectric 32, and a high-quality microcrystalline Si film is formed on the substrate G.

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 processing chamber 4 is provided has been described. However, a plurality of gas pipes may be provided. FIG. 7 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus 150 when two gas pipes, that is, an upper gas pipe 90a and a lower gas pipe 90b are provided. In the following description, the same components as those in the above embodiment will be described with the same reference numerals.

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 plasma processing apparatus 150, an upper gas pipe 90 a and a lower gas pipe 90 b communicating from a gas supply source 95 are provided so as to pass above the susceptor 10 in the processing chamber 4. The positional relationship between the upper gas pipe 90 a and the lower gas pipe 90 b is such that the upper gas pipe 90 a is close to the dielectric 32 and the lower gas pipe 90 b is close to the susceptor 10. The opening of the upper gas pipe 90a is in the direction of the dielectric 32 (upward), and the opening of the lower gas pipe 90b is in the direction of the susceptor 10 (downward).

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 plasma processing apparatus 150, the argon gas is supplied from the upper gas pipe 90a both when pre-coating and when the film forming process of the substrate G is performed, and the lower gas pipe Silane gas may be supplied from 90b. In addition, argon gas and silane gas are supplied from the upper gas pipe 90a when pre-coating is performed, and no gas is supplied from the lower gas pipe 90b. It is also conceivable to supply silane gas from the lower gas pipe 90b.

(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(SiH)ガス流量を100SCCM、酸素(O)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2435cm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/cm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/cmである。また、前記基板の単位面積あたりの酸素(O)ガス流量は約0.313SCCM/cm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/cm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(SiH)ガス流量を12SCCM、水素(H)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/cm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/cmである。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H)ガス流量は約0.006SCCM/cm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/cmである。
Example 1
Below, the Example (Example 1) of the precoat in the plasma processing apparatus 1 is described.
After performing pre-coating under the pre-coating conditions described below using the plasma processing apparatus 1 with no substrate in the processing chamber, the substrate is put into the processing chamber, and the microcrystalline Si film is formed on the substrate under the substrate processing conditions described below. Film formation was performed.
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(SiH)ガス流量を400SCCM、水素(H)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2435cm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/cm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/cmである。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H)ガス流量は0.0SCCM/cm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/cm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 plasma processing apparatus 1 will be described. After performing pre-coating under the pre-coating conditions described below using the plasma processing apparatus 1 with no substrate in the processing chamber, the substrate is put into the processing chamber, and the microcrystalline Si film is formed on the substrate under the substrate processing conditions described below. Film formation was performed.
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, pressure 60 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 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 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(SiH)ガス流量が200sccm、水素(H)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1250cmなので、単位面積当たりのマイクロ波パワーは、約0.803W/cm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/cmである。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H)ガス流量は0.0SCCM/cm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/cmである。
基板処理条件:マイクロ波電力が4kW、シラン(SiH)ガス流量が12sccm、水素(H)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/cm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/cmである。また、前記基板の単位面積あたりの水素(H)ガス流量は0.013SCCM/cm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/cmである。
(Example 3)
An example (Example 3) of pre-coating in the plasma processing apparatus 110 will be described. After performing pre-coating under the pre-coating conditions described below using the plasma processing apparatus 110 without placing the substrate in the processing chamber, the substrate is put into the processing chamber, and the microcrystalline Si film is formed on the substrate under the substrate processing conditions described below. Film formation was performed.
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 plasma processing apparatus 1, and a microcrystalline Si film was formed on the substrate under the substrate processing conditions described below.
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。

Figure 2011077442
The aluminum concentration in the microcrystalline Si film formed on the substrate in each of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 is shown in Table 2 below.

Figure 2011077442

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/cm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/cm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/cm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/cm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/cm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
G substrate 1, 110, 150 plasma processing apparatus 2 processing container 3 lid 4 processing chamber 10 susceptor 11 power supply unit 12 heater 13 high frequency power supply 14 matching unit 15 high voltage DC power supply 16 coil 17 AC power supply 20 lifting plate 21 cylindrical body 22 bellows DESCRIPTION OF SYMBOLS 23 Exhaust port 24 Rectifying plate 30 Lid body 31 Slot antenna 32 Dielectric 33 O-ring 35 Rectangular waveguide 36 Dielectric member 40 Microwave supply device 41 Y branch pipe 45 Upper surface 46 Lifting mechanism 50 Cover body 51 Guide part 52 Lifting part 55 Guide rod 56 Lift rod 57 Nut 58 Hole 60 Guide 61 Plate 62 Rotation handle 70 Slot 71 Dielectric member 75 Beam 80 Recess 85 Gas injection port 90 Gas pipe 91 Cooling water pipe 95 Process gas supply source 100 Argon gas supply source 101 Silane gas Sources 102 hydrogen gas supply source 105 cooling water supply source 107 device controller 108 storage 121 a metal electrode 122 connecting member 130 a groove 131 metal cover

Claims (20)

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。
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.
前記電磁波はマイクロ波である、請求項1に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein the electromagnetic wave is a microwave. 前記プリコート工程での原料ガスと、基板を処理する際の原料ガスが同じである、請求項1または2に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1 or 2, wherein the source gas in the pre-coating step and the source gas in processing the substrate are the same. 前記基板の処理は、基板への微結晶シリコン膜の成膜である、請求項1〜3のいずれかに記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein the processing of the substrate is forming a microcrystalline silicon film on the substrate. 前記誘電体は酸化物系の誘電材料である、請求項4に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 4, wherein the dielectric is an oxide-based dielectric material. 前記誘電体はアルミナである、請求項5に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 5, wherein the dielectric is alumina. 前記誘電体の表面を被覆する膜は、シリコンを含む膜である請求項4から6のいずれかに記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 4, wherein the film covering the surface of the dielectric is a film containing silicon. 前記誘電体のシリコンを含む膜による被覆は、前記基板への微結晶シリコン膜の成膜より高い圧力で行われる、請求項7に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 7, wherein the coating of the dielectric film containing silicon is performed at a pressure higher than that of forming the microcrystalline silicon film on the substrate. 前記誘電体のシリコンを含む膜による被覆は、前記基板への微結晶シリコン膜の成膜よりSiHの流量が多い条件下で行われる、請求項7に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 7, wherein the coating of the dielectric material containing silicon is performed under a condition in which a flow rate of SiH 4 is higher than that of forming a microcrystalline silicon film on the substrate. 前記誘電体のシリコンを含む膜による被覆は、前記基板への微結晶シリコン膜の成膜よりマイクロ波パワーの小さい条件下で行われる、請求項7に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 7, wherein the covering of the dielectric with the film containing silicon is performed under a condition in which the microwave power is smaller than that of forming the microcrystalline silicon film on the substrate. 前記プリコート工程で処理室に導入するガスは、前記基板を処理する工程で導入するガス以外のガスを用いない、請求項1〜10に記載のプラズマ処理方法。 The plasma processing method according to claim 1, wherein the gas introduced into the processing chamber in the pre-coating step does not use a gas other than the gas introduced in the step of processing the substrate. 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。
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.
前記電磁波はマイクロ波である、請求項12に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 12, wherein the electromagnetic wave is a microwave. 前記基板へのプラズマ処理は、基板への微結晶シリコン膜の成膜である、請求項12または13に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 12 or 13, wherein the plasma treatment on the substrate is a formation of a microcrystalline silicon film on the substrate. 前記誘電体は酸化物系の誘電材料である、請求項14に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 14, wherein the dielectric is an oxide-based dielectric material. 前記誘電体はアルミナである、請求項14に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 14, wherein the dielectric is alumina. 前記誘電体を被覆する膜は、シリコンを含んだ膜である請求項15または16に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 15, wherein the film covering the dielectric is a film containing silicon. 前記プリコート工程として記憶されている手順における圧力は、前記基板への微結晶シリコン膜の成膜時より高い圧力に設定されている、請求項14に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 14, wherein the pressure in the procedure stored as the precoat step is set to a pressure higher than that at the time of forming the microcrystalline silicon film on the substrate. 前記プリコート工程として記憶されている手順におけるSiHの流量は、前記基板への微結晶シリコン膜の成膜時より多い流量に設定されている、請求項14に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 14, wherein the flow rate of SiH 4 in the procedure stored as the precoat step is set to a flow rate higher than that at the time of forming a microcrystalline silicon film on the substrate. 前記プリコート工程として記憶されている手順におけるマイクロ波のパワーは、前記基板への微結晶シリコン膜の成膜時より小さいパワーに設定されている、請求項14に記載のプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 14, wherein the power of the microwave in the procedure stored as the pre-coating process is set to be smaller than that at the time of forming the microcrystalline silicon film on the substrate.
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