JP2015084387A - Substrate processing apparatus and substrate processing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマの発光を利用して基板の処理を行う基板処理装置及び基板処理方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus and a substrate processing method for processing a substrate using plasma emission.
半導体装置やフラットパネルディスプレイなどの製造過程では、基板に対して、各種の処理、例えば成膜処理、エッチング処理、アニール処理、改質処理、硬化処理、灰化処理などが行われる。これらの処理に用いる基板処理装置として、紫外線を利用したものが知られている。 In the manufacturing process of a semiconductor device, a flat panel display, and the like, various processes such as a film forming process, an etching process, an annealing process, a modifying process, a curing process, and an ashing process are performed on the substrate. As a substrate processing apparatus used for these processes, an apparatus using ultraviolet rays is known.
例えば、特許文献1では、成膜容器の成膜室の上方にプラズマ発生室を設け、プラズマ発生室と成膜室とを区切るように紫外線を透過させる紫外線透過板を備えた原子層成長装置が提案されている。
For example,
特許文献1に開示された基板処理装置は、基板の上方に、基板面よりも広いプラズマ生成空間を有しており、そこでプラズマを生成させ、発せられる紫外線を基板処理に利用するものである。しかし、広いプラズマ生成空間でプラズマを発生させる場合、均一なプラズマを生成させることは困難であり、プラズマ密度に分布が生じることが知られている。プラズマ密度に分布が生じると、紫外線の光度に強弱のむらが発生し、基板の面内、もしくは基板の直上空間において、紫外線の照射量に偏りが生じたり、紫外線の照射自体が不安定になったりする、という問題があった。
The substrate processing apparatus disclosed in
また、近年の基板の大型化に伴い、基板面内での処理の均一性を維持することは益々困難になりつつある。 In addition, with the recent increase in size of substrates, it is becoming increasingly difficult to maintain the uniformity of processing within the substrate surface.
本発明の目的は、プラズマの発光を利用し、基板の面内での均一な処理を可能とする基板処理装置及び基板処理方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method that can perform uniform processing in a plane of a substrate by using light emission of plasma.
本発明の基板処理装置は、基板を処理する処理空間を有する処理容器と、前記処理容器内で前記基板を保持する基板保持部と、前記処理空間へ向けて前記基板を処理するための光を照射する光照射ユニットと、を備えている。本発明の基板処理装置において、前記光照射ユニットは、互いに平行に配列されるとともに、ガスの導入及び排気が可能に形成された複数の放電セルと、前記放電セルのそれぞれに対応して設けられた放電用電極と、を備えている。 The substrate processing apparatus of the present invention includes a processing container having a processing space for processing a substrate, a substrate holding part for holding the substrate in the processing container, and light for processing the substrate toward the processing space. A light irradiation unit for irradiating. In the substrate processing apparatus of the present invention, the light irradiation units are arranged in parallel with each other, and are provided corresponding to each of the plurality of discharge cells formed so as to be able to introduce and exhaust gas. A discharge electrode.
本発明の基板処理装置において、前記光照射ユニットは、前記放電用電極に対して直交する方向に設けられた複数のアドレス用電極をさらに備えていてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the light irradiation unit may further include a plurality of address electrodes provided in a direction orthogonal to the discharge electrodes.
本発明の基板処理装置において、前記光照射ユニットは、前記処理容器の上部において前記処理空間を隔てて前記基板保持部に保持された前記基板に対向して設けられていてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the light irradiation unit may be provided in an upper part of the processing container so as to face the substrate held by the substrate holding unit with the processing space being separated.
本発明の基板処理装置において、前記光照射ユニットは、複数の前記放電セルに共通して設けられた底板と、前記底板に対向して配置され、複数の前記放電セルに共通して設けられた天板と、前記底板と天板との間に介在するとともに、互いに隣接する前記放電セルを隔てる複数の隔壁と、を有していてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the light irradiation unit is disposed in common with the plurality of discharge cells, and is disposed opposite to the bottom plate and provided in common with the plurality of discharge cells. It may have a top plate and a plurality of partition walls that are interposed between the bottom plate and the top plate and separate the discharge cells adjacent to each other.
本発明の基板処理装置において、前記底板、前記天板及び前記隔壁が、誘電体材料で形成されていてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the bottom plate, the top plate, and the partition may be made of a dielectric material.
本発明の基板処理装置は、少なくとも、前記底板が光透過性材料で形成されていてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, at least the bottom plate may be formed of a light transmissive material.
本発明の基板処理装置は、前記天板の外側の面に、光を反射させる光反射部を備えていてもよい。 The substrate processing apparatus of this invention may be provided with the light reflection part which reflects light in the outer surface of the said top plate.
本発明の基板処理装置は、前記底板の外側の面に、光を散乱させて拡散させる光拡散部を備えていてもよい。 The substrate processing apparatus of this invention may be provided with the light-diffusion part which scatters and diffuses light in the outer surface of the said baseplate.
本発明の基板処理装置において、前記放電セルは、プラズマを発生させるプラズマ生成空間にプラズマ生成用のガスを導入する第1のガス導入部と、前記プラズマ生成空間を排気する第1の排気部と、を備えていてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the discharge cell includes a first gas introduction unit that introduces a plasma generation gas into a plasma generation space that generates plasma, and a first exhaust unit that exhausts the plasma generation space. , May be provided.
本発明の基板処理装置は、前記光照射ユニットの下方に、前記基板を処理する処理ガスを導入する第2のガス導入部を有していてもよい。 The substrate processing apparatus of this invention may have the 2nd gas introduction part which introduces the process gas which processes the said board | substrate under the said light irradiation unit.
本発明の基板処理装置は、前記放電セルで生成する前記プラズマの光が、真空紫外光であってもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the plasma light generated in the discharge cell may be vacuum ultraviolet light.
本発明の基板処理方法は、上記いずれかの基板処理装置によって基板を処理する。 In the substrate processing method of the present invention, a substrate is processed by any one of the above-described substrate processing apparatuses.
本発明の基板処理装置及び基板処理方法によれば、互いに平行に形成された複数の放電セルで生成させたプラズマの発光を利用することによって、基板の面内で均一な処理を行うことができる。 According to the substrate processing apparatus and the substrate processing method of the present invention, uniform processing can be performed in the plane of the substrate by utilizing the light emission of plasma generated by a plurality of discharge cells formed in parallel to each other. .
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る枚葉式の基板処理装置100の概略構成を示す断面図である。図2及び図3は、基板処理装置100の要部を拡大して示す断面図である。本実施の形態の基板処理装置100は、被処理体である基板Sに対して、各種の処理、例えば成膜処理、エッチング処理、アニール処理、改質処理、硬化処理、灰化処理などを行う処理装置である。ここで、基板Sとしては、例えば半導体ウエハや、液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイに代表されるフラットパネルディスプレイ(FPD)用基板、太陽電池用基板などを挙げることができる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a single
本実施の形態の基板処理装置100は、基板Sを処理するための処理空間S1を有する処理容器1と、処理容器1内で基板Sを保持する基板保持部としての載置台3と、処理容器1の内部の処理空間S1へ向けて紫外線を照射する光照射ユニットとしての発光パネル5と、制御部7とを備えている。
A
<処理容器>
処理容器1は、真空引き可能な耐圧容器である。処理容器1は、金属材料によって形成されている。処理容器1を形成する材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、ステンレス等が用いられる。処理容器1は、底壁11、円筒形の側壁13及び天井部15を備えている。なお、処理容器1の全体形状は、円筒形に限らず、例えば角筒形でもよい。
<Processing container>
The
底壁11には、1つ又は複数の排気口11aが設けられている。図1では、2つの排気口11aを図示している。排気口11aは、排気管17を介して排気装置19に接続されている。この排気装置19を駆動させることによって、処理容器1内を所定の圧力、例えば大気圧から0.1Pa程度の圧力まで減圧排気できるように構成されている。
The
側壁13には、処理容器1内に基板Sを搬入、搬出するための搬入出口13aが設けられている。搬入出口13aには、ゲートバルブGVが設けられている。ゲートバルブGVは、搬入出口13aを開閉する機能を有し、閉状態で搬入出口13aを気密にシールすると共に、開状態で処理容器1と外部との間で基板Sの移送を可能にする。
On the
側壁13には、処理容器1内にガスを導入するガス導入部13bが設けられている。ガス導入部13bは、側壁13の内部に形成された流路である。ガス導入部13bは、ガス供給装置27に接続されている。なお、ガス導入部13bは、側壁13以外の位置、例えば天井部15などに設けてもよい。
The
天井部15は、側壁13の上端に当接して配置されており、処理容器1を開閉する蓋部としても機能する。また、天井部15は、発光パネル5を装着する凹部15aを有している。
The
<載置台>
処理容器1の内部には、基板Sを保持する基板保持部としての載置台3が配備されている。載置台3は、底壁11に固定されている。載置台3は、図示を省略するが、基板Sを昇降変位させるための機構、例えばリフトピンなどを有している。従って、基板Sを外部の搬送装置との間で受け渡す受け渡し位置と、基板Sを載置台3上に載置して所定の処理を行う処理位置との間で、基板Sの高さ位置を調整することができる。なお、基板保持部としては、載置台に限らず、例えば、基板Sの裏面に複数箇所で接触する支持ピンを備えた支持装置などを用いることもできる。また、基板保持部は、基板Sを加熱もしくは冷却するための温度調節手段を備えていてもよい。さらに、基板保持部は、処理ガスの分解により生じたイオン等の荷電粒子を基板Sに引き込むためのバイアス電圧を印加する手段を備えていてもよい。
<Mounting table>
Inside the
<排気装置>
本実施の形態の基板処理装置100は、さらに排気装置19を備えている。なお、排気装置19は、基板処理装置100の一構成部分とせず、基板処理装置100とは別の外部の装置でもよい。排気装置19は、例えば、ターボ分子ポンプやドライポンプ等の真空ポンプを有している。基板処理装置100は、更に、排気口11aと排気装置19とを接続する排気管17と、排気管17の途中に設けられたAPC(Adaptive Pressure Control)バルブ23と、開閉バルブ25等を備えている。APCバルブ23は、処理容器1内の圧力を計測するための図示しない圧力計に接続されている。排気装置19の真空ポンプを作動させるとともに、APCバルブ23の開度を調節することにより、処理容器1の内部空間を所定の真空度に減圧排気することができる。なお、APCバルブ23は、1つのマスタバルブと複数のスレーブバルブにより構成され、各スレーブバルブは、マスタバルブに連動して作動する。
<Exhaust device>
The
<ガス供給機構>
本実施の形態の基板処理装置100は、処理容器1内へガスを供給するガス供給装置27を備えている。なお、ガス供給装置27は、基板処理装置100の一構成部分とせず、基板処理装置100とは別の外部の装置でもよい。
<Gas supply mechanism>
The
ガス供給装置27は、1種または複数種のガスを保持するガス供給源29と、ガス供給源29とガス導入部13bとを接続し、ガス導入部13bへガスを供給する一本又は複数本の配管31A(1本のみ図示)を備えている。また、ガス供給装置27は、配管31Aの途中に、ガス流量を制御するマスフローコントローラ(MFC)33Aと、複数の開閉バルブ35A(2つのみ図示)を備えている。ガス導入部13bから処理容器1内に導入されるガスの流量等は、マスフローコントローラ33Aおよび開閉バルブ35Aによって制御される。ガス供給源29から供給するガスとしては、例えば、成膜ガス、エッチングガス、パージ用ガスなど、処理の目的に応じて選択できる。
The
(シャワープレート)
シャワープレート37は、図示しない固定具によって側壁13に支持されている。シャワープレート37は、発光パネル5と平行に、かつ発光パネル5の下面に対向して配置されており、複数の貫通孔37aを有している。シャワープレート37と発光パネル5との間の空間S2は、ガス導入部13bから供給される処理ガスを拡散させるガス拡散空間である。ガス導入部13bのガス噴出孔は、空間S2に臨む位置に形成されている。ガス導入部13bからシャワープレート37よりも上方の空間S2に導入された処理ガスは、該空間S2を拡散し、複数の貫通孔37aを介してシャワープレート37の下方の処理空間S1へ供給される。
(Shower plate)
The
シャワープレート37は、例えば石英などの光透過性の材質で形成されている。シャワープレート37の上面は、発光パネル5側への光の反射を抑制するために、例えば凹凸形状を有していてもよい。また、シャワープレート37の下面は、シャワープレート37を透過する光を拡散させるために、例えばプリズム状に加工された拡散面を有していてもよい。
The
<光照射ユニット>
図4は、光照射ユニットとしての発光パネル5の外観を示す斜視図である。図5は、発光パネル5の内部構造を示す部分斜視図である。発光パネル5は、その内部に、複数の放電セル40を有している。発光パネル5は、放電セル40内で生成したプラズマによって紫外線を発生させ、処理容器1の内部の処理空間S1に紫外線を照射する。発光パネル5は、全体として平板状をなし、図示しない螺子等の固定手段によって天井部15の凹部15aに嵌め込まれるように装着されている。発光パネル5の平面形状は、基板Sの形状に応じて、例えば円形、多角形とすることができる。発光パネル5と天井部15との間は、図2及び図3に示すように、複数のシール部材39(一つのみ図示)によって気密に封止されている。なお、シール部材39の配置は、図示の態様に限るものではない。発光パネル5は、載置台3に保持された状態の基板Sの処理面(すなわち、上面)に対して平行に、かつ、処理空間S1を介して基板Sの直上位置に配置されている。
<Light irradiation unit>
FIG. 4 is a perspective view showing an appearance of the
本実施の形態において、発光パネル5は、薄い立方体形状をなし、底板41と、底板41に対向して配置された天板43と、底板41と天板43との間に介在する複数の隔壁45と、側部を塞ぐ側壁46と、を有している。これら底板41、天板43、隔壁45及び側壁46によって、複数の長尺な放電セル40が形成されている。各放電セル40の内部は、プラズマを生成させるプラズマ生成空間となっている。放電セル40の幅は、特に制限はないが、例えば0.5mm〜10mmの範囲内とすることが可能であり、隣り合う放電セル40どうしの間隔(つまり、隔壁45の厚み)は、例えば1mm〜15mmの範囲内とすることができる。
In the present embodiment, the light-emitting
また、発光パネル5は、放電セル40のそれぞれに対応して設けられた長尺な放電用電極47と、放電用電極47に対して直交する方向に設けられた複数の長尺なアドレス用電極53とを有している。
The
底板41と天板43は、いずれも、複数の放電セル40に共通して設けられている。底板41と天板43は、互いに平行に設けられている。隔壁45は、互いに隣接する2つの放電セル40を隔てる役割を果たしている。
The
底板41、天板43及び隔壁45は、電磁波を透過する誘電体材料で形成されている。また、少なくとも、空間S2及び処理空間S1に臨む側の底板41は、光透過性材料で形成されている。底板41、天板43及び隔壁45の材質としては、例えば石英が好ましい。底板41、天板43及び隔壁45は、接合面で屈折率が変化しない接合方法で一体化した積層構造を有している。ここで、接合面で屈折率が変化しない接合方法としては、例えば拡散接合を挙げることができる。
The
放電用電極47は、放電セル40の長手方向に対して平行に設けられている。本実施の形態では、放電用電極47は、一対の電極線47Aと電極線47Bとによって構成されている。放電用電極47は、放電セル40とほぼ同等の長さで長尺に設けられている。放電用電極47は、給電線49を介して、処理容器1の外部の電源51に接続されている。図4では、放電用電極47と給電線49との接続端子部を符号49A,49Bで示している。
The
放電用電極47は、光透過性を有することが好ましく、例えばITO(インジウム・スズ・オキサイド)、ZnO(酸化亜鉛)、SnO(酸化錫)などの透明電極材料によって形成することができる。また、放電用電極47は、金属電極材料(銅、ニッケルなど)であってもよい。この場合、放電セル40の幅を広くしたり、隣り合う放電セル40どうしの間隔を広げたりして、光透過面積を大きくするように形成することが好ましい。
The
アドレス用電極53は、放電用電極47に対して直交する方向に、複数設けられている。複数のアドレス用電極53は、複数の放電用電極47と格子状に交差するように長尺に形成されている。アドレス用電極53は、給電線55を介して、処理容器1の外部の電源57に接続されている。図4では、アドレス用電極53と給電線55との接続端子部を符号55A,55Bで示している。
A plurality of
また、発光パネル5の各放電セル40には、それぞれプラズマ生成空間にプラズマ生成用のガスを導入するガス導入部61と、プラズマ生成空間を排気する排気部63と、が設けられている。各放電セル40のガス導入部61には、ガス導入路65が接続されている。各放電セル40の排気部63には、排気路67が接続されている。複数のガス導入路65及び複数の排気路67は、いずれも、天井部15に設けられたガスの流路である。ガス導入路65及び排気路67は、放電セル40と等しい数だけ形成されている。ガス導入路65には、ガス供給装置27からの配管31Bが接続されている。なお、ガス導入路65には、ガス供給装置27とは別のガス供給装置を接続してもよい。また、ガス導入部61と排気部63を個別に設ける代わりに、これらを兼用する一つの給排気部を設けてもよい。
Further, each
ガス供給装置27は、1種または複数種のプラズマ生成用ガスを保持するガス供給源29と、ガス供給源29とガス導入路65とを接続し、ガス導入路65へプラズマ生成用ガスを供給する一本又は複数本の配管31B(1本のみ図示)を備えている。また、ガス供給装置27は、配管31Bの途中に、ガス流量を制御するマスフローコントローラ(MFC)33Bと、複数の開閉バルブ35B(2つのみ図示)を備えている。ガス導入部61から各放電セル40内に導入されるプラズマ生成用ガスの流量等は、マスフローコントローラ33Bおよび開閉バルブ35Bによって制御される。ガス供給源29から各放電セル40へ供給されるプラズマ生成用ガスは、真空紫外光を発光するプラズマを生成させるガスであり、例えば、Ar、Kr、Xe、Ne、D(重水素)、Hg(水銀;185nm/6.5eV)、CO(炭酸ガス;172.85nm/7.2eV)などを挙げることができる。これらの中でも、Xe(172nm/7.2eV)、Ar(126nm/9.8eV)、Kr(146nm/8.5eV)が好ましい(カッコ内は発光中心波長とフォトンエネルギーを意味する)。また、プラズマ生成用ガスには、希釈用のガスとして、窒素などの不活性ガスを含むことができる。
The
排気路67は、排気管69を介して、排気装置19に接続されている。従って、排気装置19を作動させることによって、放電セル40内を減圧し、所定の圧力に調節することができる。なお、図示及び説明を省略するが、排気管69には、処理容器1の底壁11の排気口11aに接続する排気管17と放電用電極同様に、APCバルブや開閉バルブ等のバルブ類を設けることができる。図1等では代表的に開閉バルブ70のみを図示している。また、排気路67は、排気装置19とは別の排気装置に接続してもよい。
The
<パージガス導入機構>
天井部15と発光パネル5との間には、空隙部71が形成されている。空隙部71は、金属製の天井部15と誘電体材料からなる放電セル40との間の熱膨張率の違いによる歪を解消する作用を有している。
<Purge gas introduction mechanism>
A
天井部15の中央には、発光パネル5と天井部15との間の空隙部71にパージ用ガスを導入するパージガス導入部73が設けられている。パージガス導入部73は、天井部15を貫通し、空隙部71に連通している。パージガス導入部73は、ガス供給装置27に接続されている。なお、パージガス導入部73には、ガス供給装置27とは別のガス供給装置を接続してもよい。
In the center of the
本実施の形態において、ガス供給装置27のガス供給源29は、パージガスを保持するパージガス貯留部(図示省略)を有している。また、ガス供給装置27は、ガス供給源29とパージガス導入部73とを接続し、パージガス導入部73へパージガスを供給する配管31Cを備えている。また、ガス供給装置27は、配管31Cの途中に、ガス流量を制御するマスフローコントローラ(MFC)33Cと、複数の開閉バルブ35C(2つのみ図示)を備えている。パージガス導入部73から空隙部71内に導入されるパージガスの流量等は、マスフローコントローラ33Cおよび開閉バルブ35Cによって制御される。ガス供給源29から空隙部71へ供給されるパージガスは、例えば窒素などの不活性ガスを用いることができる。
In the present embodiment, the
また、発光パネル5と天井部15との間の空隙部71を減圧排気するため、排気装置19又は他の排気設備と接続する配管を空隙部71に連通させて配備してもよい。空隙部71を真空に保持することによって、処理容器1内を真空にした場合に発光パネル5に加わる圧力を軽減することができる。
Further, in order to evacuate the
<制御部>
図1に示したように、基板処理装置100の各構成部は、制御部7に接続されて制御される構成となっている。制御部7は、CPUを備えたコントローラ81と、ユーザーインターフェース82と記憶部83とを備えている。コントローラ81は、コンピュータ機能を有しており、基板処理装置100において、各構成部を統括して制御する。ユーザーインターフェース82は、工程管理者が基板処理装置100を管理するためにコマンドの入力操作等を行うキーボードや、基板処理装置100の稼働状況を可視化して表示するディスプレイ等から構成される。記憶部83には、基板処理装置100で実行される各種処理をコントローラ81の制御にて実現するための制御プログラム(ソフトウエア)や処理条件データ等が記録されたレシピが保存されている。ユーザーインターフェース82および記憶部83は、コントローラ81に接続されている。
<Control unit>
As shown in FIG. 1, each component of the
そして、必要に応じて、ユーザーインターフェース82からの指示等にて任意のレシピを記憶部83から呼び出してコントローラ81に実行させることで、コントローラ81の制御下で、基板処理装置100での所望の処理が行われる。この際に制御部7は、例えば、電源51からの任意の放電用電極47の選択およびその印加電圧の大きさ、又は、電源57からの任意のアドレス用電極53の選択およびその印加電圧の大きさを調節することによって、発光パネル5の面内での発光光量の大きさや光量の分布などを精密に制御することができる。前記制御プログラムや処理条件データ等のレシピは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体、例えばCD−ROM、ハードディスク、フレキシブルディスク、フラッシュメモリなどに格納された状態のものを利用できる。あるいは、他の装置から、例えば専用回線を介して随時伝送させてオンラインで利用したりすることも可能である。
Then, if necessary, an arbitrary recipe is called from the
次に、図6〜図8を参照しながら、発光パネル5による光照射の原理について説明する。図6〜図8は、2つの放電セル40の内部を模式的に示している。説明の便宜上、紙面に向かって左側を放電セル40A、右側を放電セル40Bとして区別する。図6は、放電前の状態を示している。図7は、片側の放電セル40Aで放電が行われ、プラズマ生成空間にプラズマPが生成している状態を示している。図8は、図7とは別の放電セル40Bで放電が行われ、プラズマ生成空間にプラズマPが生成している状態を示している。
Next, the principle of light irradiation by the
図6は、放電前の準備段階である。まず、排気装置19を利用し、放電セル40A,40Bをそれぞれ所定の圧力まで減圧排気するとともに、ガス供給装置27から配管31B、ガス導入路65及びガス導入部61を介してプラズマ生成用ガスを放電セル40内に導入する。
FIG. 6 is a preparatory stage before discharge. First, the
次に、放電セル40A内でプラズマを発生させるため、アドレス用電極53と放電セル40Aに対応する放電用電極47にそれぞれ電圧を印加し、放電セル40A内で小さな放電(アドレス放電)を生じさせる。このアドレス放電を種火として、次に放電セル40Aに対応する放電用電極47の一対の電極線47A,47B間に直流電圧又は交流電圧を印加することによって発光放電が生じ、図7に示すように、放電セル40A内でプラズマ生成用ガスのプラズマPを生成させる。放電セル40A内のプラズマPは、波長200nm以下の真空紫外光200を発する。発生した真空紫外光200は、底板41を介して処理容器1内の処理空間S1へ向けて放射される。プラズマP及び真空紫外光200は、放電セル40Aに対応する放電用電極47への電圧の印加を停止することによって消滅する。なお、アドレス放電を省略し、直接、電極線47A,47B間に電圧を印加することによって発光放電を生じさせてもよい。
Next, in order to generate plasma in the
次に、放電セル40B内でプラズマを発生させるため、アドレス用電極53と放電セル40Bに対応する放電用電極47にそれぞれ電圧を印加し、放電セル40B内で、小さな放電(アドレス放電)を生じさせる。このアドレス放電を種火として、次に放電セル40Bに対応する放電用電極47の一対の電極線47A,47B間に直流電圧又は交流電圧を印加することによって発光放電が生じ、図8に示すように、放電セル40B内でプラズマ生成用ガスのプラズマPを生成させる。放電セル40B内のプラズマPは、波長200nm以下の真空紫外光200を発する。発生した真空紫外光200は、底板41を介して処理容器1内の処理空間S1へ向けて放射される。プラズマP及び真空紫外光200は、放電セル40Bに対応する放電用電極47への電圧の印加を停止することによって消滅する。なお、アドレス放電を省略し、直接、電極線47A,47B間に電圧を印加することによって発光放電を生じさせてもよい。
Next, in order to generate plasma in the
以上のように、発光パネル5は、格子状に配設したアドレス用電極53及び放電用電極47への印加電圧の切替えによって、任意の放電セル40を選択してプラズマPを発生させることができる。もちろん、すべての放電セル40で同時にプラズマPを発生させ、発光パネル5の底板41の全域から処理容器1内の処理空間S1へ向けて真空紫外光200を照射することもできる。また、放電セル40Aと放電セル40Bにおいて、導入するプラズマ生成用ガスの種類を変えることもできる。
As described above, the light-emitting
また、発光パネル5は、アドレス用電極53及び放電用電極47へ印加する電圧を制御することによって、両電極の所定の交差部位においてプラズマPの発光エネルギーに強弱を持たせることができる。従って、発光パネル5を用いることによって、基板Sの面内に均一に真空紫外光200を照射できるだけでなく、局所的に真空紫外光200の光量を増加もしくは減少させて、基板Sの面内における処理内容、例えば成膜速度や加熱温度など、を変化させることもできる。
Further, the light-emitting
ここで、図9〜図12を参照しながら、放電セル40への電圧印加方式について例を挙げて説明する。図9〜図12は、放電セル40のプラズマ生成空間への電圧印加の代表的な態様を模式的に示している。
Here, with reference to FIGS. 9 to 12, an example of the voltage application method to the
図9及び図10は、放電セル40を形成する底板41に放電用電極47としての一対の電極線47A,47Bを配設した平行電極方式である。図9では、プラズマ生成空間にプラズマ生成ガスを充填した状態で一対の電極線47A,47B間に直流電圧(DC)を印加することによってプラズマPを生成させた状態を示している。一方、図10は、プラズマ生成空間にプラズマ生成ガスを充填した状態で一対の電極線47A,47B間に交流電圧(AC)を印加することによってプラズマPを生成させた状態を示している。図9及び図10は、いずれもアドレス用電極53を利用する3電極方式である。
9 and 10 show a parallel electrode system in which a pair of
図11及び図12は、放電セル40の互いに対向する底板41及び天板43に、一対の放電用電極47を対向して配設した対向電極方式である。すなわち、底板41には電極線47Cが配設され、天板43には電極線47Dが配設されている。図11では、プラズマ生成空間にプラズマ生成ガスを充填した状態で一対の電極線47C,47D間に直流電圧(DC)を印加することによってプラズマPを生成させた状態を示している。一方、図12は、プラズマ生成空間にプラズマ生成ガスを充填した状態で一対の電極線47C,47D間に交流電圧(AC)を印加することによってプラズマPを生成させた状態を示している。図11及び図12は、いずれもアドレス用電極53を利用しない2電極方式を示している。このように、発光パネル5には、アドレス用電極53を設けなくてもよい。
11 and 12 show a counter electrode system in which a pair of
図1の基板処理装置100において、発光パネル5は、図9又は図10に示す3電極・平行電極方式を例示しているが、図11又は図12に示す2電極・対向電極方式を採用してもよい。
In the
次に、図13及び図14を参照しながら、本実施の形態の基板処理装置100で使用する発光パネル5の好ましい態様について説明する。図13は、発光パネル5の天板43の上面(つまり、天板43における放電セル40内のプラズマ生成空間に臨む面とは反対の外側の面)に光反射部91を設けた例を示している。光反射部91は、プラズマPから発せられた真空紫外光200のうち、天板43の上方へ抜けようとする光を底板41側へ向けて反射させる。光反射部91は、光を反射する性質の部材又は薄膜によって形成できる。光反射部91を設けることによって、真空紫外光200の利用効率を高め、輝度を向上させることができる。この場合、光反射部91は、例えば二酸化チタン、硫酸バリウムなどの光学的な反射率の高い材料をスクリーン印刷法などの手法によって所定のパターン状の薄膜として天板43に印刷することにより形成できる。また、光反射部91は、天板43の上面に、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネートなどの透明樹脂を微細発泡させた薄膜を設けることによって形成してもよい。また、光反射部91は、例えばアルミニウム箔などの光反射性の材質のシートを天板43の上面に貼り合わせることなどによって形成することもできる。
Next, with reference to FIGS. 13 and 14, a preferable aspect of the light-emitting
図14は、発光パネル5の底板41の外側の下面(つまり、底板41における放電セル40内のプラズマ生成空間に臨む面と反対の外側の面)に光拡散部93を設けた例を示している。光拡散部93は、底板41を透過する光を散乱させて処理空間S1へ拡散させる。光拡散部93によって、真空紫外光200を処理空間S1の全域に拡散させることができる。光拡散部93は、例えば底板41の下面をプリズム状に加工した拡散面によって形成することができる。
FIG. 14 shows an example in which a
なお、発光パネル5には、光反射部91と光拡散部93の両方を設けることもできる。
The
[基板処理の手順]
以上のように構成された基板処理装置100を用いる基板処理の手順について説明する。ここでは、真空紫外光200を利用して基板S上にCVD(化学気相成長)法によってシリコン薄膜又はシリコン窒化膜を成膜する場合を例に挙げて説明する。
[Substrate processing procedure]
A substrate processing procedure using the
まず、ゲートバルブGVを開放し、基板Sを外部の搬送装置(図示省略)によって基板処理装置100の載置台3へ受け渡す。
First, the gate valve GV is opened, and the substrate S is transferred to the mounting table 3 of the
次に、ゲートバルブGVを閉じ、排気装置19を作動させて処理容器1内を減圧排気する。そして、図示しない圧力計によって処理容器1内の圧力をモニタしながら、APCバルブ23の開度をコントロールして所定の真空度まで減圧する。
Next, the gate valve GV is closed and the
次に、排気装置19を利用し、各放電セル40内をそれぞれ所定の圧力まで減圧排気する。そして、ガス供給装置27から配管31B、ガス導入路65及びガス導入部61を介してプラズマ生成用ガスを放電セル40内に導入する。プラズマ生成用ガスを導入した後、開閉バルブ35B及び開閉バルブ70を閉じることによってプラズマ生成用ガスを充填した状態で各放電セル40を封止する。
Next, the
次に、プラズマを発生させる位置を決めるため、アドレス用電極53と放電用電極47にそれぞれ着火用電圧(300〜400V)を印加し、局所的な放電(アドレス放電)を生じさせる。このアドレス放電を種火として、選択した放電セル40に対応する放電用電極47の一対の電極線47A,47B間に電源51から放電維持電圧(直流電圧又は交流電圧で150〜200V)を印加する。これによって、放電セル40内で発光放電が生じ、プラズマ生成用ガスがプラズマ化する。生成されたプラズマPは、波長200nm以下の真空紫外光200を発する。発生した真空紫外光200は、底板41を介して処理容器1内の処理空間S1へ向けて放射される。また、アドレス用電極53に制御電圧(50〜150V)を印加して放電セル40内のプラズマを制御することができる。
Next, in order to determine the position where plasma is generated, an ignition voltage (300 to 400 V) is applied to each of the
次に、ガス導入部13bからシャワープレート37よりも上方の空間S2に、処理ガスとして、例えばシランガスを導入する。ガス導入部13bから空間S2に導入されたシランガスは、発光パネル5の直下で拡散し、複数の貫通孔37aを介してシャワープレート37の下方の処理空間S1へ供給される。シャワープレート37よりも上方の空間S2では、真空紫外光200を効率良くシランガスに照射することができる。また、発光パネル5から放射された真空紫外光200は、シャワープレート37を透過し、処理容器1内の処理空間S1へ放射されるので、処理空間S1においても、シランガスに真空紫外光200が照射される。そして、真空紫外光200の光エネルギーによって、シランガスが分解され、基板S上にシラン分解物を堆積させることができる。シラン分解物が所定の厚みに達した段階で、シランガスの供給を停止する。その後、さらに真空紫外光200の照射を継続することによって、シラン分解物から水素原子を脱離させてシリコン薄膜を形成することができる。
Next, for example, silane gas is introduced as a processing gas into the space S2 above the
次に、電源51から放電用電極47への電力供給を停止し、プラズマP及び真空紫外光200を消滅させる。また、排気装置19を停止し、処理容器1内を所定圧力まで昇圧する。その後、ゲートバルブGVを開放し、外部の搬送装置(図示省略)によって基板Sを処理容器1から搬出する。以上の手順によって、1枚の基板Sに対するシリコン薄膜の成膜処理が終了する。
Next, power supply from the power source 51 to the
上記方法によってシリコン薄膜を形成した後で、真空紫外光200の照射を継続しながら、ガス導入部13bから空間S2にアンモニアガスを導入することによって、シリコン窒化膜を形成することもできる。すなわち、アンモニアガスを真空紫外光200によって分解し、生成したアンモニア分解物によって基板S上のシリコン薄膜を窒化し、シリコン窒化膜に改質することができる。
After the silicon thin film is formed by the above method, the silicon nitride film can also be formed by introducing ammonia gas from the
また、シリコン窒化膜を成膜する別の方法として、発光パネル5によって真空紫外光200を照射しながら、ガス導入部13bから空間S2に、シランガスとアンモニアガスを同時に導入してもよい。この場合、シランガス及びアンモニアガスの分解と窒化珪素の生成が同時進行で起こり、基板S上にシリコン窒化膜を堆積させることができる。
As another method for forming a silicon nitride film, silane gas and ammonia gas may be simultaneously introduced into the space S2 from the
以上のように、本実施の形態の基板処理装置100では、発光パネル5を備えているので、真空紫外光200を処理空間S1及び基板Sに向けて均等に照射することが可能になる。従って、従来のプラズマ処理装置における課題であった、プラズマ密度の偏りによる基板Sの面内での処理の不均一を生じさせず、基板Sの面内で均一な処理を行うことが可能となる。また、基板Sの大型化にも容易に対応できる。
As described above, since the
また、本実施の形態の基板処理装置100では、ユニット化された発光パネル5を光照射源として用いるので、簡易な装置構成で目的の基板処理を行うことが可能になる。
Moreover, in the
本実施の形態の基板処理装置100では、発光パネル5によって、真空紫外光200を照射する構成としたが、プラズマ生成用ガスの種類を選択することによって、真空紫外光200に代えて、例えば赤外光を照射して加熱処理などを行うこともできる。また、各放電セル40へ導入するプラズマ生成用ガスは、同一の種類に限らず、異なる種類でもよい。従って、複数の放電セル40で、処理ガスの種類に応じた異なる波長の光を発光させることも可能である。
In the
以上、本発明の実施の形態を例示の目的で詳細に説明したが、本発明は上記実施の形態に制約されることはなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、基板処理の具体例として、真空紫外光200を利用したCVD法によるシリコン薄膜及びシリコン窒化膜の成膜を例に挙げたが、本発明の基板処理装置は、例えば、太陽電池用アモルファスシリコン膜、シリコン酸化膜などの成膜にも利用可能である。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail for the purpose of illustration, this invention is not restrict | limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in the above-described embodiment, as a specific example of the substrate processing, the film formation of the silicon thin film and the silicon nitride film by the CVD method using the
さらに、本発明の基板処理装置は、成膜処理以外に、エッチング処理、アニール処理、改質処理(例えば、有機膜中の炭素除去、膜中の水素脱離による高酸素濃度化など)、硬化処理(例えば、光化学反応によるポリマー生成)、灰化処理、処理容器内の浄化処理(例えば、NF3や有機シロキサン化合物の分解除去処理、不純物の酸化除去処理など)、シリコン基板やガラス基板の不純物除去などの基板前処理など多様な用途に適用可能である。 Further, the substrate processing apparatus of the present invention is not limited to the film forming process, but includes an etching process, an annealing process, a modification process (for example, carbon removal in the organic film, high oxygen concentration by desorption of hydrogen in the film, etc.), curing. processing (e.g., a polymer produced by photochemical reaction), ashing, cleaning processing in the processing chamber (e.g., decomposition removal process NF 3 and organosiloxane compounds, such as oxidation removal process impurities), a silicon substrate or a glass substrate impurities It can be applied to various uses such as substrate pretreatment such as removal.
1…処理容器、3…載置台、5…発光パネル、7…制御部、11…底壁、13…側壁、13a…搬入出口、15…天井部、17…排気管、19…排気装置、23…APCバルブ、27…ガス供給装置、29…ガス供給源、31A,31B,31C…配管、33A,33B,33C…マスフローコントローラ(MFC)、35A,35B,35C…開閉バルブ、37…シャワープレート、40…放電セル、65…ガス導入路、67…排気路、69…排気管、81…コントローラ、82…ユーザーインターフェース、83…記憶部、100…基板処理装置、S…基板、S1…処理空間、S2…空間、GV…ゲートバルブ
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記処理容器内で前記基板を保持する基板保持部と、
前記処理空間へ向けて前記基板を処理するための光を照射する光照射ユニットと、
を備え、前記光照射ユニットは、
互いに平行に配列されるとともに、ガスの導入及び排気が可能に形成された複数の放電セルと、
前記放電セルのそれぞれに対応して設けられた放電用電極と、
を備えている基板処理装置。 A processing container having a processing space for processing a substrate;
A substrate holder for holding the substrate in the processing container;
A light irradiation unit for irradiating light for processing the substrate toward the processing space;
The light irradiation unit comprises:
A plurality of discharge cells arranged in parallel to each other and capable of introducing and exhausting gas;
A discharge electrode provided corresponding to each of the discharge cells;
A substrate processing apparatus comprising:
複数の前記放電セルに共通して設けられた底板と、
前記底板に対向して配置され、複数の前記放電セルに共通して設けられた天板と、
前記底板と天板との間に介在するとともに、互いに隣接する前記放電セルを隔てる複数の隔壁と、
を有している請求項1から3のいずれか1項に記載の基板処理装置。 The light irradiation unit is:
A bottom plate provided in common to the plurality of discharge cells;
A top plate disposed opposite to the bottom plate and provided in common to the plurality of discharge cells,
A plurality of barrier ribs interposed between the bottom plate and the top plate and separating the discharge cells adjacent to each other;
The substrate processing apparatus of any one of Claim 1 to 3 which has these.
プラズマを発生させるプラズマ生成空間にプラズマ生成用のガスを導入する第1のガス導入部と、
前記プラズマ生成空間を排気する第1の排気部と、
を備えている請求項1から8のいずれか1項に記載の基板処理装置。 The discharge cell is
A first gas introduction part for introducing a gas for plasma generation into a plasma generation space for generating plasma;
A first exhaust unit for exhausting the plasma generation space;
The substrate processing apparatus of any one of Claim 1 to 8 provided with these.
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JP2013222612A JP2015084387A (en) | 2013-10-25 | 2013-10-25 | Substrate processing apparatus and substrate processing method |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022065115A1 (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-31 | 東京エレクトロン株式会社 | Device for emitting ultraviolet light, device for processing substrate, and method for emitting ultraviolet light |
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2013
- 2013-10-25 JP JP2013222612A patent/JP2015084387A/en active Pending
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WO2022065115A1 (en) * | 2020-09-24 | 2022-03-31 | 東京エレクトロン株式会社 | Device for emitting ultraviolet light, device for processing substrate, and method for emitting ultraviolet light |
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