JP2015170680A - Cvd apparatus and cvd method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CVDプロセスによって成膜を行う技術に関する。 The present invention relates to a technique for forming a film by a CVD process.
近年、反応ガスをプラズマ化し、このプラズマ中のイオンおよびラジカル等を、基板の表面に堆積させることによって基板上に薄膜を形成するプラズマCVD装置が普及している。プラズマCVDによる反応生成物は基板だけでなく処理室の壁面などにも堆積する。長時間の成膜処理によって壁面等に形成された膜が厚くなると、膜から薄片がはがれて基板に付着し、欠陥を生ずる場合がある。処理室の壁面等に堆積した薄膜を除去するためには、通常、処理室から基板を搬出し、処理室にNF3ガスなどのクリーニングガスを導入して処理室の壁面等に堆積した反応生成物を除去するクリーニング処理が行われる。クリーニング終了後には、成膜処理の再開に先立って、クリーニングガスを排気により取り除く処理も必要となる。このため、装置の稼働率が低下するという問題がある。また、NF3ガスは、地球温暖化物質であるとして、京都議定書の改定議定書において規制の対象になっている。 In recent years, plasma CVD apparatuses that form a thin film on a substrate by converting a reaction gas into plasma and depositing ions, radicals, and the like in the plasma on the surface of the substrate have become widespread. The reaction product by plasma CVD is deposited not only on the substrate but also on the wall surface of the processing chamber. When the film formed on the wall surface or the like becomes thick due to the film formation process for a long time, the flakes may peel off from the film and adhere to the substrate, which may cause defects. In order to remove the thin film deposited on the wall surface of the processing chamber, usually, the substrate is taken out from the processing chamber, and a cleaning gas such as NF 3 gas is introduced into the processing chamber to deposit the reaction product deposited on the wall surface of the processing chamber. A cleaning process for removing objects is performed. After the cleaning is completed, it is necessary to remove the cleaning gas by exhausting before resuming the film forming process. For this reason, there exists a problem that the operation rate of an apparatus falls. In addition, NF 3 gas is subject to regulation in the revised protocol of the Kyoto Protocol because it is a global warming substance.
特許文献1には、基板が配置された処理室とは独立したプラズマ生成室でプラズマを生成し、生成したプラズマをプラズマ導入ノズルによって処理室に導入し、導入したプラズマに反応ガス供給ノズルから反応ガス(原料ガス)を供給することにより、基板に薄膜を形成する成膜装置が示されている。
In
プラズマ導入ノズルは、プラズマ生成室と処理室とを仕切る壁部から処理室に配置された基板に向けて突設されており、その先端には基板に対向する吐出口が開口している。プラズマ導入ノズルの外周部には、ノズルの外周部への反応生成物の付着を防止するための付着防止ガスとして反応性ガスなどをノズルの外周面に沿って基板に向けて供給(噴出)する付着防止ガス供給口が設けられている。当該装置は、成膜処理の際に、プラズマ生成室内のプラズマをプラズマ導入ノズルから処理室内に導入するとともに反応ガス供給ノズルから反応ガスを供給し、かつ、付着防止ガス供給口から付着防止ガスを供給することにより、プラズマ導入ノズルに対向する基板の表面に反応生成物からなる膜を形成する。 The plasma introduction nozzle protrudes from a wall portion that separates the plasma generation chamber and the processing chamber toward the substrate disposed in the processing chamber, and a discharge port that faces the substrate opens at the tip. A reactive gas or the like as an anti-adhesion gas for preventing the reaction product from adhering to the outer peripheral portion of the nozzle is supplied (spouted) to the substrate along the outer peripheral surface of the nozzle. An adhesion prevention gas supply port is provided. In the film forming process, the apparatus introduces plasma in the plasma generation chamber from the plasma introduction nozzle into the processing chamber, supplies the reaction gas from the reaction gas supply nozzle, and supplies the adhesion prevention gas from the adhesion prevention gas supply port. By supplying, a film made of a reaction product is formed on the surface of the substrate facing the plasma introduction nozzle.
付着防止ガス供給口から噴出された付着防止ガスは、プラズマ導入ノズルの外周面に沿って基板側に流れた後、プラズマ導入ノズルから処理室に導入されるプラズマを取り囲むようにして供給される。これにより、プラズマ導入ノズルの外周面と処理室の壁面との双方への反応生成物の付着が抑制され、装置の稼働率の向上が図られている。 The adhesion prevention gas ejected from the adhesion prevention gas supply port flows to the substrate side along the outer peripheral surface of the plasma introduction nozzle, and is then supplied so as to surround the plasma introduced from the plasma introduction nozzle into the processing chamber. Thereby, the adhesion of the reaction product to both the outer peripheral surface of the plasma introduction nozzle and the wall surface of the processing chamber is suppressed, and the operating rate of the apparatus is improved.
しかしながら、処理空間でプラズマを発生させて、当該処理空間においてCVDプロセスによって基板に成膜する装置は、処理空間にプラズマを噴出するプラズマ導入ノズルを備えていない。このため、特許文献1の手法によって、クリーニング頻度を低下させることによる装置稼働率の向上と、クリーニングガスの使用量の低減とを図ることはできない。
However, an apparatus that generates plasma in a processing space and forms a film on a substrate by a CVD process in the processing space does not include a plasma introduction nozzle that ejects plasma into the processing space. For this reason, the method of
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、CVDプロセスにより成膜を行う成膜技術において、クリーニング頻度を低下させるとともに、クリーニングガスの使用量を低減できる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and it is an object of the present invention to provide a technique capable of reducing the frequency of cleaning and reducing the amount of cleaning gas used in a film forming technique for forming a film by a CVD process. And
上記の課題を解決するために、第1の態様に係るCVD装置は、チャンバーと、前記チャンバー内にCVD処理用の処理空間を規定する構造体と、前記処理空間に所定のガス種を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、前記処理空間において前記原料ガスを励起する励起部と、前記原料ガスから生じた活性種の前記構造体への付着を抑制するための付着抑制ガスを、前記構造体の前記処理空間を囲む壁面に二次元的に分布する複数の吐出口から前記処理空間に供給する付着抑制ガス供給部と、前記処理空間に処理対象の基材を対向させる機構と、を備え、前記付着抑制ガスは、前記所定のガス種を含む。 In order to solve the above problem, a CVD apparatus according to a first aspect includes a chamber, a structure that defines a processing space for CVD processing in the chamber, and a raw material containing a predetermined gas species in the processing space. A source gas supply unit that supplies a gas; an excitation unit that excites the source gas in the processing space; and an adhesion suppression gas for suppressing adhesion of active species generated from the source gas to the structure. An adhesion suppression gas supply unit that supplies the processing space from a plurality of discharge ports that are two-dimensionally distributed on a wall surface that surrounds the processing space of the structure, and a mechanism that causes the substrate to be processed to face the processing space. The adhesion suppression gas includes the predetermined gas species.
第2の態様に係るCVD装置は、第1の態様に係るCVD装置であって、前記複数の吐出口のうち互いに隣り合う吐出口の周縁部同士の間隔が1cm以下である。 The CVD apparatus according to the second aspect is the CVD apparatus according to the first aspect, wherein an interval between peripheral portions of the discharge ports adjacent to each other among the plurality of discharge ports is 1 cm or less.
第3の態様に係るCVD装置は、第1または第2の態様に係るCVD装置であって、前記複数の吐出口の開口径が、前記原料ガスの平均自由行程の10倍以下である。 The CVD apparatus according to the third aspect is the CVD apparatus according to the first or second aspect, wherein an opening diameter of the plurality of discharge ports is 10 times or less of an average free path of the source gas.
第4の態様に係るCVD装置は、第1から第3の何れか1つの態様に係るCVD装置であって、前記構造体は、内部空間を備え、前記複数の吐出口は、前記処理空間と前記内部空間とを連通し、前記付着抑制ガス供給部は、前記内部空間に前記付着抑制ガスを供給することにより、前記複数の吐出口から前記処理空間に前記付着抑制ガスを供給する。 A CVD apparatus according to a fourth aspect is the CVD apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein the structure includes an internal space, and the plurality of discharge ports are connected to the processing space. The adhesion suppression gas supply unit communicates with the internal space, and supplies the adhesion suppression gas to the processing space from the plurality of discharge ports by supplying the adhesion suppression gas to the internal space.
第5の態様に係るCVD装置は、第1から第4の何れか1つの態様に係るCVD装置であって、前記複数の吐出口におけるガス圧が、前記処理空間のガス圧の1.89倍以上である。 The CVD apparatus according to the fifth aspect is the CVD apparatus according to any one of the first to fourth aspects, wherein the gas pressure at the plurality of discharge ports is 1.89 times the gas pressure in the processing space. That's it.
第6の態様に係るCVD装置は、第1から第5の何れか1つの態様に係るCVD装置であって、前記付着抑制ガスに含まれる各ガスの分圧比が、前記原料ガスに含まれる各ガスの分圧比と同じである。 A CVD apparatus according to a sixth aspect is the CVD apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein a partial pressure ratio of each gas included in the adhesion suppression gas is included in the source gas. It is the same as the gas partial pressure ratio.
第7の態様に係るCVD装置は、第1から第6の何れか1つの態様に係るCVD装置であって、前記原料ガス供給部は、前記複数の吐出口とは異なる吐出口から前記処理空間に前記原料ガスを供給する。 A CVD apparatus according to a seventh aspect is the CVD apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the source gas supply unit is configured to supply the processing space from an ejection port different from the plurality of ejection ports. To supply the raw material gas.
第8の態様に係るCVD装置は、第1から第7の何れか1つの態様に係るCVD装置であって、前記原料ガスの単位時間当りの供給量が、前記付着抑制ガスの単位時間当りの供給量よりも多い。 A CVD apparatus according to an eighth aspect is the CVD apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein a supply amount per unit time of the source gas is a unit amount per unit time of the adhesion suppression gas. More than supply.
第9の態様に係るCVD装置は、第1から第8の何れか1つの態様に係るCVD装置であって、前記励起部は、前記処理空間に前記原料ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部である。 A CVD apparatus according to a ninth aspect is the CVD apparatus according to any one of the first to eighth aspects, wherein the excitation unit is a plasma generation unit that generates plasma of the source gas in the processing space. is there.
第10の態様に係るCVD装置は、第9の態様に係るCVD装置であって、前記プラズマ発生部は、前記処理空間に設けられ、前記処理空間に前記原料ガスの誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナを備える。 A CVD apparatus according to a tenth aspect is the CVD apparatus according to the ninth aspect, wherein the plasma generator is provided in the processing space and generates inductively coupled plasma of the source gas in the processing space. Provide an antenna.
第11の態様に係るCVD装置は、第10の態様に係るCVD装置であって、前記高周波アンテナは、前記チャンバー内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナである。 A CVD apparatus according to an eleventh aspect is the CVD apparatus according to the tenth aspect, wherein the high-frequency antenna is a high-frequency antenna provided in the chamber and made of a conductor having a number of turns of less than one turn.
第12の態様に係るCVD方法は、CVD処理用の処理空間を規定する構造体を備えるチャンバーの前記処理空間に処理対象の基板を対向させる第1ステップと、前記第1ステップと並行して前記処理空間内のガスを励起する第2ステップと、前記処理空間において前記第1および第2ステップと並行して前記原料ガスを励起する第3ステップと、前記原料ガスから生じた活性種の前記構造体への付着を抑制するための付着抑制ガスを、前記構造体の前記処理空間を囲む壁面に二次元的に分布する複数の吐出口から前記第1および第2ステップと並行して前記処理空間に供給する第4ステップと、を備え、前記付着抑制ガスは、前記所定のガス種を含む。 A CVD method according to a twelfth aspect includes a first step in which a substrate to be processed is opposed to the processing space of a chamber including a structure that defines a processing space for CVD processing, and the first step in parallel with the first step. A second step of exciting a gas in the processing space; a third step of exciting the source gas in parallel with the first and second steps in the processing space; and the structure of the active species generated from the source gas The treatment space in parallel with the first and second steps is supplied from a plurality of discharge ports that two-dimensionally distribute an adhesion suppression gas for suppressing adhesion to the body on the wall surface surrounding the treatment space of the structure. And a fourth step of supplying the adhesion suppression gas, wherein the adhesion suppression gas includes the predetermined gas species.
第13の態様に係るCVD方法は、第12の態様に係るCVD方法であって、前記第3ステップと前記第4ステップとは、並行して行われる。 The CVD method according to the thirteenth aspect is the CVD method according to the twelfth aspect, wherein the third step and the fourth step are performed in parallel.
第14の態様に係るCVD方法は、第12の態様に係るCVD方法であって、前記第3ステップと前記第4ステップとは、順次に行われる。 The CVD method according to the fourteenth aspect is the CVD method according to the twelfth aspect, wherein the third step and the fourth step are sequentially performed.
第1から第14の何れの態様に係る発明によっても、チャンバー内にCVD処理用の処理空間を規定する構造体の処理空間を囲む壁面に二次元的に分布する複数の吐出口から付着抑制ガスが処理空間に供給される。付着抑制ガスは、原料ガスが含む所定のガス種を含んでいる。処理空間に供給された付着抑制ガスは、原料ガスのイオンやラジカル等の活性種に衝突し、その方向を変える。従って、処理空間を規定する構造体の処理空間を囲む壁面への活性種の付着を抑制でき、当該構造体などのクリーニング頻度を低減できる。付着抑制ガスは、原料ガスが含む所定のガス種を含んでいるので、クリーニングガスの使用量を低減することもできる。 According to any of the first to fourteenth aspects of the present invention, the adhesion suppression gas from the plurality of discharge ports distributed two-dimensionally on the wall surface surrounding the processing space of the structure defining the processing space for CVD processing in the chamber. Is supplied to the processing space. The adhesion suppression gas contains a predetermined gas species included in the source gas. The adhesion suppression gas supplied to the processing space collides with active species such as ions and radicals of the source gas and changes its direction. Therefore, the active species can be prevented from adhering to the wall surface surrounding the processing space of the structure that defines the processing space, and the frequency of cleaning the structure and the like can be reduced. Since the adhesion suppression gas contains a predetermined gas species included in the source gas, the amount of the cleaning gas used can be reduced.
<1.プラズマCVD装置100の全体構成>
図1は、実施形態に係るプラズマCVD装置100の概略構成を模式的に示すYZ側面図である。図2は、図1のA−A断面から見た端面図であり、プラズマCVD装置100の概略構成を模式的に示すXZ側面図である。図3は、プラズマCVD装置100の処理空間V1を規定する構造体5を示す斜視図である。なお、図面には、方向関係を明確にする目的で、Z軸を鉛直方向の軸としXY平面を水平面とするXYZ直交座標軸が適宜付されている。
<1. Overall Configuration of Plasma CVD
FIG. 1 is a YZ side view schematically showing a schematic configuration of a
プラズマCVD装置100は、プラズマCVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)によって、膜付けの対象物である基板9(例えば、太陽電池用の半導体基板であり、「基材」とも称される)にCVD膜(例えば、保護膜)を形成する装置である。
The
プラズマCVD装置100は、内部に処理空間V1を形成する処理チャンバー1と、基板9(具体的には、キャリア90に配設された基板9)を保持して所定の搬送経路に沿って所定の搬送方向(図示+Y方向)に基板を搬送する保持搬送部2と、搬送される基板9を加熱する加熱部3と、処理空間V1にプラズマを発生させるプラズマ発生部4と、処理空間V1を規定する構造体5とを備える。
The
また、プラズマCVD装置100は、処理空間V1にガスを供給するガス供給部60〜63と、処理チャンバー1内からガスを排気する排気部7とを備える。また、プラズマCVD装置100は、上記の各構成要素を制御する制御部8を備える。
In addition, the
<処理チャンバー1>
処理チャンバー(「真空チャンバー」あるいは、単に、「チャンバー」とも称される)1は内部に処理空間V1を有する中空部材である。ここで、処理空間V1とは後述する誘導結合型アンテナ41によってプラズマCVD処理が実行される空間であり、本実施形態では構造体5によって1つの処理空間V1が形成されている。
<
A processing chamber (also referred to as “vacuum chamber” or simply “chamber”) 1 is a hollow member having a processing space V1 therein. Here, the processing space V <b> 1 is a space where plasma CVD processing is performed by an inductively coupled
処理チャンバー1の天板11は、その下面111が水平姿勢となるように配置されており、当該下面111から処理空間V1に向けて、誘導結合型アンテナ41および構造体5(いずれも後述する)が突設されている。処理チャンバー1の底板付近には、加熱部3が配置されている。加熱部3の上側には、保持搬送部2による基板9の搬送経路(図示Y方向に沿う経路)が規定されている。また、処理チャンバー1の±Y側の側壁には、例えばゲートバルブによって開閉される搬出入口(図示省略)が設けられている。
The
<保持搬送部2>
保持搬送部2は、キャリア90を水平姿勢で保持して、処理チャンバー1に形成された搬出入口を介して搬送経路に沿って搬送する。キャリア90の上面には、膜付けの対象物である複数の基板9(本実施形態では、Y方向に沿って合計3個の基板9)が配設されている。また、搬送経路の上方でかつ搬送経路を搬送される複数の基板9と対向する位置にはプラズマCVD処理が行われる処理空間V1が形成されている。
<Holding and conveying
The holding and conveying
保持搬送部2は、具体的には、搬送経路を挟んで対向配置された一対の搬送ローラ21と、これらを同期させて回転駆動する駆動部(図示省略)とを含んで構成される。一対の搬送ローラ21は、搬送経路の延在方向(図示Y方向)に沿って例えば複数組設けられる。この構成において、各搬送ローラ21がキャリア90の下面に当接しつつ回転することによって、キャリア90が搬送経路に沿って搬送される。その結果、キャリア90に保持されている基板9が、誘導結合型アンテナ41を有する処理空間V1に対して相対移動される。
Specifically, the holding and conveying
保持搬送部2は、基板9の搬送経路のうち処理空間V1に対向する部分(構造体5の後述する底壁部52)において基板9を処理空間V1に対向させる。保持搬送部2は、基板9が処理空間V1に対向する際に、当該対向方向における基板9の位置を構造体5に対して保持する。保持搬送部2に代えて、例えば、天板11の下面111のうち処理空間V1に対向する部分に固定され、基板9を着脱自在に保持可能な固定機構を備えたステージ機構が採用されてもよい。また、基板9として、保持搬送部2の搬送方向に延在するフィルム状の基板が採用されてもよい。その場合には、保持搬送部2がキャリア90を備えておらず、各搬送ローラ21が当該基板の裏面(成膜対象の主面と反対側の主面)の両端部に直接接触して基板を搬送してもよい。
The holding
<加熱部3>
加熱部3は、保持搬送部2によって保持搬送される基板9を加熱する部材であり、保持搬送部2の下方(すなわち、基板9の搬送経路の下方)に配置される。加熱部3は、例えば、セラミックヒータにより構成することができる。なお、プラズマCVD装置100には、CVD処理後に保持搬送部2にて保持されている基板9等を冷却する機構がさらに設けられてもよい。
<
The
<プラズマ発生部4>
プラズマ発生部4は、処理空間V1にプラズマを発生させる。プラズマ発生部4は、誘導結合タイプの高周波アンテナである誘導結合型アンテナ41を複数(本実施形態では4個)備える。各誘導結合型アンテナ41は、具体的には、金属製のパイプ状導体をU字形状に曲げたものを、石英などの誘電体で覆ったものである。プラズマ発生部4は、処理空間V1において原料ガスを励起して、プラズマ化する励起部である。
<Plasma generator 4>
The plasma generator 4 generates plasma in the processing space V1. The plasma generation unit 4 includes a plurality (four in this embodiment) of inductively coupled
図3に示されるように、複数の誘導結合型アンテナ41は、定められた方向に沿って、間隔をあけて(好ましくは等間隔で)配列されて、天板11に対して固定される。誘導結合型アンテナ41の保持搬送部2側の一部(U字形状の底部分を含む部分)は、構造体5の底壁部52から保持搬送部2側に突出している。複数の誘導結合型アンテナ41は、YZ側面視において、基板9の搬送方向(Y方向)と交差する方向(特に好ましくは、図示されるように、基板9の搬送方向と直交する方向(X方向))に沿って配列されることが好ましい。
As shown in FIG. 3, the plurality of inductively coupled
また、図示の例では、基板9の搬送方向に沿って誘導結合型アンテナ41が4個設けられているが、誘導結合型アンテナ41の個数は必ずしも4個である必要はなく、処理チャンバー1の寸法等に応じて、適宜その個数を選択することができる。また、誘導結合型アンテナ41は、マトリクス状、あるいは、千鳥状に配列されてもよい。また、処理チャンバー1の寸法等に応じて1つの誘導結合型アンテナ41が設けられてもよい。
In the illustrated example, four inductively coupled
各誘導結合型アンテナ41の一端は、給電器42およびマッチングボックス43を介して、高周波電源44に接続されている。また、各誘導結合型アンテナ41の他端は接地されている。この構成において、高周波電源44から各誘導結合型アンテナ41に高周波電流(具体的には、例えば、13.56MHzの高周波電流)が流されると、誘導結合型アンテナ41の周囲の電界(高周波誘導電界)により電子が加速されて、プラズマ(誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP))が発生する。
One end of each inductively coupled
上述したとおり、誘導結合型アンテナ41は、U字形状を呈している。このようなU字形状の誘導結合型アンテナ41は、巻数が1回未満の誘導結合アンテナに相当し、巻数が1回以上の誘導結合アンテナよりもインダクタンスが低いため、誘導結合型アンテナ41の両端に発生する高周波電圧が低減され、生成するプラズマへの静電結合に伴うプラズマ電位の高周波揺動が抑制される。このため、対地電位へのプラズマ電位揺動に伴う過剰な電子損失が低減され、プラズマ電位が特に低く抑えられる。なお、このような誘導結合タイプの高周波アンテナは、特許第3836636号公報、特許第3836866号公報、特許第4451392号公報、特許第4852140号公報に開示されている。
As described above, the inductively coupled
なお、誘導結合型アンテナ41に代えて、巻数が一周以上のコイル状の誘導結合型アンテナが採用されてもよい。また、誘導結合型アンテナ41に代えて、互いに対向する平行電極間で容量結合型プラズマを発生させるプラズマ発生部が採用されてもよい。また、プラズマ発生部として、処理チャンバー1の外部に巻回されたコイル状のアンテナに高周波電力を供給して、処理空間Vに誘導結合プラズマを発生させる構成が採用されてもよい。
In place of the inductively coupled
<構造体5>
構造体5は、基板9の搬送経路に対向するように、天板11に対して固定されている。構造体5は、互いに対向する一対のサイドシールド(「アースシールド」)51と、底壁部52とを備えて構成されている。一対のサイドシールド51は、アースされており、一対の内周壁51aと、一対の外周壁51bと、一対のフランジ部51cとを備えている。一対の内周壁51aと、一対の外周壁51bと、一対のフランジ部51cと、底壁部52とのそれぞれは、基板9の搬送経路を横切る方向(X方向)に延在する板状の部材であり、それぞれのX軸における両端部は、処理チャンバー1のX軸における両端の壁部に接続されている。一対の内周壁51a、外周壁51bの主面の法線方向は、基板9の搬送方向(Y方向)であり、一対の内周壁51a、外周壁51bは、搬送経路に垂直な板状体である。また、底壁部52と、一対のフランジ部51cの主面の法線方向は、Z方向であり、底壁部52と、一対のフランジ部51cとは、XY平面に平行な板状体である。
<
The
一対の内周壁51aは、互いに対向しており、底壁部52のY方向の両端部から保持搬送部2側(−Z方向)にそれぞれ立設されている。一対の内周壁51aと、底壁部52とは、構造体5の処理空間V1を囲む壁面(処理空間V1に面する壁面)をなしている。処理空間V1の搬送方向(Y方向)の幅は一対の内周壁51a間の幅となる。
The pair of inner
一対の外周壁51bは、基板9の搬送方向(Y方向)において、一対の内周壁51aとは隙間を空けて一対の内周壁51aを挟むように天板11から保持搬送部2側(−Z方向)に立設されている。
The pair of outer
一対の内周壁51aと一対の外周壁51bのそれぞれの先端の高さは、誘導結合型アンテナ41の先端(Uの字形状の底部)よりも高く、かつ、互いに略等しい高さに設定されている。
The heights of the tips of the pair of inner
一対の内周壁51aと一対の外周壁51bとのうち、互いに対向する内周壁51aと外周壁51bとを2組備えている。2組の内周壁51aと外周壁51bとのうち一方の組の内周壁51aおよび外周壁51bの先端は、一対のフランジ部51cの一方と接続されており、他方の組の内周壁51aおよび外周壁51bの先端は、他方のフランジ部51cと接続されている。
Of the pair of inner
一対のフランジ部51cのY方向の端部のうち処理空間V側の各端部は、各内周壁51aの先端部と接続されており、各外周壁51bの先端部は、各フランジ部51cのY方向における中間部分と接続されている。これにより、一対のフランジ部51cのY方向の各端部のうち内周壁51aと接続されていない各端部は、Y方向において外周壁51bに対して処理空間Vと反対側に、外周壁51bを越えて延設されている。
Of the end portions in the Y direction of the pair of
これにより、一対のサイドシールド51のそれぞれは、内周壁51a、外周壁51b、およびフランジ部51cを備えて構成されており、内周壁51aと外周壁51bとによる二重構造を備えている。一対のサイドシールド51は、例えば、アルミニウム製である。一対のサイドシールド51における内周壁51aと外周壁51bとに挟まれた空間と、底壁部52と天板11とによって挟まれた空間とは、構造体5が備える内部空間V2をなして連通している。
Accordingly, each of the pair of side shields 51 includes an inner
構造体5の処理空間V1を囲む壁面(処理空間V1に面する壁面)をなしている一対の内周壁51aと、底壁部52とには、二次元的に分布する複数の吐出口64が開口している。複数の吐出口64は、処理空間V1と内部空間V2とを連通している。
A plurality of
複数の吐出口64のうち互いに隣り合う吐出口64の周縁部同士の間隔は、好ましくは、1cm以下に設定される。図3に示される例では、複数の吐出口64は、一対の内周壁51aと、底壁部52とのそれぞれにおいて、格子点をなすように設けられている。この場合には、互いに隣り合う吐出口64の周縁部同士の最長の間隔W1が、好ましくは、1cm以下になるように各吐出口64が設けられる。また、複数の吐出口64は、好ましくは、一対の内周壁51aと底壁部52との双方の全域にわたって形成されるが、一対の内周壁51aと底壁部52との一部に形成されてもよい。
The interval between the peripheral portions of the
また、複数の吐出口64のそれぞれの開口径D1(図4)は、好ましくは、後述するガス供給部60によって内部空間V2に供給される原料ガスの平均自由行程の10倍以下の長さになるように設定されている。
The opening diameter D1 (FIG. 4) of each of the plurality of
<ガス供給部60〜63>
ガス供給部60は、付着抑制ガスの供給源601と、付着抑制ガスを内部空間V2に供給するノズル605と、供給源601とノズル605とを接続する配管602と、配管602の経路途中に設けられたバルブ603とを備えている。
<Gas supply part 60-63>
The
付着抑制ガスは、後述するガス供給部61およびガス供給部63から処理空間V1に供給される原料ガスから生じた活性種の構造体5への付着を抑制するために処理空間V1に供給されるガスである。より詳細には、ガス供給部60によって構造体5の内部空間V2に供給された付着抑制ガスは、構造体5の一対の内周壁51aおよび底壁部52に二次元的に分布するように形成された複数の吐出口64から処理空間V1に供給される。付着抑制ガスは、原料ガスが含む所定のガス種を含んでいる。
The adhesion suppression gas is supplied to the processing space V1 in order to suppress the adhesion of the active species generated from the source gas supplied from the gas supply unit 61 and the
一対のガス供給部61のそれぞれは、原料ガスの供給源611と、原料ガスを処理空間V1に供給するノズル615と、供給源611とノズル615とを接続する配管612と、配管612の経路途中に設けられたバルブ613とを備えている。
Each of the pair of gas supply units 61 includes a source
ガス供給部62は、処理空間V1におけるCVD処理の過程で構造体5の壁面等に付着した原料ガスの反応生成物を除去するためのクリーニングガスの供給源621と、クリーニングガスを処理空間V1に供給するノズル625と、供給源621とノズル625とを接続する配管622と、配管622の経路途中に設けられたバルブ623とを備えている。クリーニングガスとしては、例えば、NF3ガスなどが供給される。
The
ガス供給部63は、原料ガスの供給源631と、一端が供給源631と接続され他端が処理空間V1のうち複数の誘導結合型アンテナ41の上方に位置する複数のノズル635と、供給源631と複数のノズル635とを接続する配管632とを備える。また、配管632の経路途中には、バルブ633が設けられている。
The
複数のノズル635は、間隔をあけて一列に配列されて、処理チャンバー1の天板11の下面111に固定される。具体的には、例えば、複数のノズル635は、誘導結合型アンテナ41と対応する位置(例えば、U字形状の誘導結合型アンテナ41の両端部の真ん中の位置)に各々配置されて、天板11に対して気密に取り付けられる。ただし、各ノズル635の、下面111からの突出寸法は、誘導結合型アンテナ41の、下面111からの突出寸法に比べて十分に小さいものとされる。
The plurality of
ガス供給部61とガス供給部63とは、それぞれ、原料ガスを処理空間V1に供給するが、ガス供給部61のノズル615は、ガス供給部63のノズル635よりも誘導結合型アンテナ41から離れて設けられている。ノズル635からは、誘導結合型アンテナ41に接触しても誘導結合型アンテナ41を腐食等させにくい原料ガスが供給され、ノズル615からは、誘導結合型アンテナ41から離して供給することが好ましい原料ガスが供給される。具体的には、複数のノズル635からは、原料ガスとして、例えば、窒素(N2)ガスおよびアンモニア(NH3)ガスの混合ガス等が供給され、各ノズル615からは、原料ガスとして、例えば、シラン(SiH4)ガス等が供給される。原料ガスとともに、原料ガスを運ぶ不活性ガスがキャリアガスとしてガス供給部61、63から供給されても良い。
The gas supply unit 61 and the
また、好ましくは、ノズル605から複数の吐出口64におけるガス圧が処理空間V1のガス圧の1.89倍以上となるように、バルブ603の開度と、供給源601による供給圧力とが調整される。また、付着抑制ガスに含まれる各ガスの分圧比は、好ましくは、原料ガスに含まれる各ガスの分圧比と同じになるように設定される。
Preferably, the opening of the
また、原料ガスの単位時間当りの供給量は、好ましくは、付着抑制ガスの単位時間当りの供給量よりも多くなるように設定される。 The supply amount of the source gas per unit time is preferably set to be larger than the supply amount of the adhesion suppression gas per unit time.
バルブ603、613、623、633は、配管602、612、622、632を流れるガスの流量を自動調整できるバルブであることが好ましく、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成することが好ましい。
The
<排気部7>
排気部7は、高真空排気系であり、具体的には、例えば、真空ポンプ71と、排気配管72と、排気バルブ73と備える。排気配管72は、一端が真空ポンプ71に接続され、他端が処理空間V1に連通接続される。また、排気バルブ73は、排気配管72の経路途中に設けられる。排気バルブ73は、具体的には、例えば、マスフローコントローラ等を含んで構成され、排気配管72を流れるガスの流量を自動調整できるバルブである。この構成において、真空ポンプ71が作動された状態で、排気バルブ73が開放されると、処理空間V1が排気される。
<
The
<制御部8>
制御部8は、プラズマCVD装置100が備える各構成要素と電気的に接続され(図1では簡略的に図示)、これら各要素を制御する。制御部8は、具体的には、例えば、各種演算処理を行うCPU、プログラム等を記憶するROM、演算処理の作業領域となるRAM、プログラムや各種のデータファイルなどを記憶するハードディスク、LAN等を介したデータ通信機能を有するデータ通信部等がバスラインなどにより互いに接続された、一般的なコンピュータにより構成される。また、制御部8は、各種表示を行うディスプレイ、キーボードおよびマウスなどで構成される入力部等と接続されている。プラズマCVD装置100においては、制御部8の制御下で、基板9に対して定められた処理が実行される。
<Control unit 8>
The control unit 8 is electrically connected to each component included in the plasma CVD apparatus 100 (illustrated schematically in FIG. 1), and controls each of these components. Specifically, the control unit 8 includes, for example, a CPU that performs various arithmetic processes, a ROM that stores programs, a RAM that serves as a work area for arithmetic processes, a hard disk that stores programs and various data files, a LAN, and the like. A data communication unit having a data communication function is connected to each other by a bus line or the like, and is configured by a general computer. The control unit 8 is connected to an input unit composed of a display for performing various displays, a keyboard, a mouse, and the like. In the
<2.プラズマ処理装置の動作>
続いて、プラズマCVD装置100において実行される処理の流れについて説明する。以下に説明する処理は、制御部8の制御下で実行される。
<2. Operation of plasma processing apparatus>
Subsequently, a flow of processing executed in the
処理チャンバー1の搬出入口を介して、基板9が配設されたキャリア90が処理チャンバー1の内部に搬入されると、保持搬送部2が当該キャリア90を保持する。また、排気部7が処理チャンバー1内の気体を排気して、処理チャンバー1を真空状態とする。また、定められたタイミングで、保持搬送部2がキャリア90の搬送を開始し(搬送ステップ)、加熱部3がキャリア90に配設される基板9の加熱を開始する。
When the
処理チャンバー1の内部が真空状態となると、ガス供給部61、63がノズル615、635より処理空間V1への原料ガスの供給を開始する(原料ガス供給ステップ)とともに、ガス供給部60がノズル605より構造体5の内部空間V2への付着抑制ガスの供給を開始する(付着抑制ガス供給ステップ)。内部空間V2に供給された付着抑制ガスは、構造体5の処理空間V1に面する壁面に形成された複数の吐出口64より処理空間V1に供給される。
When the inside of the
また、これらのガス供給が開始されるのと同時に、高周波電源44から各誘導結合型アンテナ41に、高周波電流(具体的には、例えば、13.56MHzの高周波電流)が流される。すると、誘導結合型アンテナ41の周囲の高周波誘導電界により電子が加速されて、誘導結合プラズマが発生する(プラズマ発生ステップ)。プラズマが発生すると、処理空間V1内の原料ガスがプラズマ化されて、原料ガスのラジカルやイオンなどの活性種が生じ、搬送される基板9上で化学気相成長が行われる。こうして主面にCVD膜が形成された基板9は、電子デバイス用の構造体として太陽電池など種々の電子デバイスに用いることができる。
At the same time as the supply of these gases is started, a high-frequency current (specifically, for example, a high-frequency current of 13.56 MHz) is caused to flow from the high-
プラズマCVD装置100の成膜処理中には、搬送ステップと、プラズマ発生ステップとは、並行して行われる。また、原料ガス供給ステップは、搬送ステップおよびプラズマ発生ステップと並行して行われ、付着抑制ガス供給ステップも、搬送ステップおよびプラズマ発生ステップと並行して行われる。なお、原料ガス供給ステップと、付着抑制ガス供給ステップとは、並行して行われてもよいし、順次に行われてもよい。
During the film forming process of the
図4は、付着抑制ガスが、構造体5の処理空間V1に面する壁面への原料ガスの活性種の付着を抑制している状態を示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a state in which the adhesion suppression gas suppresses the adhesion of the active species of the source gas to the wall surface facing the processing space V <b> 1 of the
図4に示されるように、ガス供給部60から内部空間V2に付着抑制ガスが供給されると、付着抑制ガスの分子P1が、複数の吐出口64のそれぞれから処理空間V1に噴出する。噴出した付着抑制ガスの分子P1は、ガス供給部61、63から処理空間V1に供給された原料ガスがプラズマ化されることにより生じた原料ガスのラジカルやイオン等の活性種P2と衝突して、活性種P2の飛翔方向を変更する。これにより、活性種P2が構造体5の壁面に付着することが抑制され、クリーニング処理の頻度を下げることができる。
As shown in FIG. 4, when the adhesion suppression gas is supplied from the
また、付着抑制ガスは、原料ガスが含むガス種を含んでいるため、クリーニング処理に用いられるクリーニングガスの使用量を低減できる。 Moreover, since the adhesion suppression gas contains the gas species contained in the source gas, the amount of the cleaning gas used for the cleaning process can be reduced.
以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、処理チャンバー1内にCVD処理用の処理空間V1を規定する構造体5の処理空間V1を囲む壁面に二次元的に分布する複数の吐出口64から付着抑制ガスが処理空間V1に供給される。付着抑制ガスは、原料ガスが含む所定のガス種を含んでいる。処理空間V1に供給された付着抑制ガスは、原料ガスのイオンやラジカル等の活性種に衝突し、その方向を変える。従って、処理空間V1を規定する構造体5の処理空間V1を囲む壁面への活性種の付着を抑制でき、構造体5などに対するクリーニング頻度を低減できる。付着抑制ガスは、原料ガスが含む所定のガス種を含んでいるので、クリーニングガスの使用量を低減することもできる。
According to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、構造体5に形成された複数の吐出口64のうち互いに隣り合う吐出口64の周縁部同士の間隔が1cm以下である。従って、吐出口64を満遍なく高密度に形成できるので、構造体5の処理空間V1に面する壁面等への原料ガスの活性種の付着を効率良く抑制できる。
Moreover, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、複数の吐出口64の開口径D1が、原料ガスの平均自由行程の10倍以下である。従って、原料ガスが吐出口64に入り込むことによる吐出口64の詰まりを抑制できる。
Moreover, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、構造体5は、内部空間V2を備え、複数の吐出口64は、処理空間V1と内部空間V2とを連通し、ガス供給部60は、内部空間V2に付着抑制ガスを供給することにより、複数の吐出口64から処理空間V1に付着抑制ガスを供給する。従って、ガス供給部60による内部空間V2への付着抑制ガスの供給系を単純化できる。また、付着抑制ガスの圧力の制御も容易となる。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、内部空間V2の複数の吐出口64におけるガス圧が、処理空間V1のガス圧の1.89倍以上である。従って、付着抑制ガスの処理空間V1への吐出速度は音速に達する。従って、構造体5等への活性種の付着をより効率良く抑制できる。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、付着抑制ガスに含まれる各ガスの分圧比が、原料ガスに含まれる各ガスの分圧比と同じであるので、処理空間V1におけるガスの分圧比を安定させることが容易となる。従って、CVD装置の稼働率を向上できる。
Moreover, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、ガス供給部61、63は、複数の吐出口64とは異なる吐出口から処理空間V1に原料ガスを供給するので、原料ガスの流量の制御が容易となる。また、原料ガスと付着抑制ガスとを並行して処理空間V1に供給できる。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、原料ガスの単位時間当りの供給量が、付着抑制ガスの単位時間当りの供給量よりも多いので、基板9への成膜効率を向上できる。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によればプラズマ発生部4は、処理空間V1に原料ガスのプラズマを発生させるので、低温で成膜処理を行える。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、プラズマ発生部4は、処理空間V1に設けられ、処理空間V1に原料ガスの誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナ(誘導結合型アンテナ41)を備える。従って、処理空間V1内のプラズマの密度を高めて、成膜効率を向上できる。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、誘導結合型アンテナ41は、処理チャンバー1内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナである。従って、小型のアンテナによって密度の高いプラズマを発生できる。アンテナの小型化により、構造体5の底壁部52と誘導結合型アンテナ41との距離を短くできる。従って、構造体5の底壁部52から処理空間V1に供給される付着抑制ガスによって、誘導結合型アンテナ41への原料ガスの活性種の付着を抑制できる。
Moreover, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、処理空間V1への原料ガスの供給処理と、処理空間V1への付着抑制ガスの供給処理とが並行して行われるので、原料ガスの構造体5等への付着を付着抑制ガスによって抑制できる。これにより、CVD装置の稼働率を上げることができる。
Further, according to the
また、以上のように構成された本実施形態に係るプラズマCVD装置100によれば、処理空間V1への原料ガスの供給処理と、処理空間V1への付着抑制ガスの供給処理とが並行して行われるので、例えば、付着抑制ガスと原料ガスとを同じ吐出口から処理空間V1に供給することができ、装置構成を簡略化できる。
Further, according to the
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 Although the invention has been shown and described in detail, the above description is illustrative in all aspects and not restrictive. Therefore, embodiments of the present invention can be modified or omitted as appropriate within the scope of the invention.
100 プラズマCVD装置
1 処理チャンバー
4 プラズマ発生部
2 保持搬送部
21 搬送ローラ
9 基板
90 キャリア
41 誘導結合型アンテナ
5 構造体
60〜61 ガス供給部
DESCRIPTION OF
Claims (14)
前記チャンバー内にCVD処理用の処理空間を規定する構造体と、
前記処理空間に所定のガス種を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部と、
前記処理空間において前記原料ガスを励起する励起部と、
前記原料ガスから生じた活性種の前記構造体への付着を抑制するための付着抑制ガスを前記構造体の前記処理空間を囲む壁面に二次元的に分布する複数の吐出口から前記処理空間に供給する付着抑制ガス供給部と、
前記処理空間に処理対象の基材を対向させる機構と、
を備え、
前記付着抑制ガスは、前記所定のガス種を含む、CVD装置。 A chamber;
A structure defining a processing space for CVD processing in the chamber;
A source gas supply unit for supplying a source gas containing a predetermined gas type to the processing space;
An excitation unit for exciting the source gas in the processing space;
Adhesion suppression gas for suppressing the adhesion of active species generated from the source gas to the structure is distributed to the processing space from a plurality of discharge ports that are two-dimensionally distributed on the wall surface surrounding the processing space of the structure. An adhesion suppression gas supply unit for supplying,
A mechanism for causing the substrate to be processed to face the processing space;
With
The adhesion suppression gas is a CVD apparatus including the predetermined gas type.
前記複数の吐出口のうち互いに隣り合う吐出口の周縁部同士の間隔が1cm以下である、CVD装置。 The CVD apparatus according to claim 1,
The CVD apparatus, wherein an interval between peripheral portions of the discharge ports adjacent to each other among the plurality of discharge ports is 1 cm or less.
前記複数の吐出口の開口径が、前記原料ガスの平均自由行程の10倍以下である、CVD装置。 The CVD apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The CVD apparatus, wherein an opening diameter of the plurality of discharge ports is 10 times or less of an average free path of the source gas.
前記構造体は、内部空間を備え、
前記複数の吐出口は、前記処理空間と前記内部空間とを連通し、
前記付着抑制ガス供給部は、
前記内部空間に前記付着抑制ガスを供給することにより、前記複数の吐出口から前記処理空間に前記付着抑制ガスを供給する、CVD装置。 A CVD apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein
The structure includes an internal space,
The plurality of discharge ports communicate the processing space and the internal space,
The adhesion suppression gas supply unit
A CVD apparatus that supplies the adhesion suppression gas to the processing space from the plurality of discharge ports by supplying the adhesion suppression gas to the internal space.
前記複数の吐出口におけるガス圧が、前記処理空間のガス圧の1.89倍以上である、CVD装置。 A CVD apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein
The CVD apparatus, wherein a gas pressure at the plurality of discharge ports is 1.89 times or more a gas pressure of the processing space.
前記付着抑制ガスに含まれる各ガスの分圧比が、前記原料ガスに含まれる各ガスの分圧比と同じである、CVD装置。 A CVD apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein
The CVD apparatus, wherein a partial pressure ratio of each gas contained in the adhesion suppression gas is the same as a partial pressure ratio of each gas contained in the source gas.
前記原料ガス供給部は、
前記複数の吐出口とは異なる吐出口から前記処理空間に前記原料ガスを供給する、CVD装置。 The CVD apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein
The source gas supply unit
A CVD apparatus that supplies the source gas to the processing space from an outlet different from the plurality of outlets.
前記原料ガスの単位時間当りの供給量が、前記付着抑制ガスの単位時間当りの供給量よりも多い、CVD装置。 A CVD apparatus according to any one of claims 1 to 7,
The CVD apparatus, wherein a supply amount of the source gas per unit time is larger than a supply amount of the adhesion suppression gas per unit time.
前記励起部は、前記処理空間に前記原料ガスのプラズマを発生させるプラズマ発生部である、CVD装置。 A CVD apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein
The said excitation part is a CVD apparatus which is a plasma generation part which generates the plasma of the said source gas in the said process space.
前記プラズマ発生部は、前記処理空間に設けられ、前記処理空間に前記原料ガスの誘導結合プラズマを発生させる高周波アンテナを備える、CVD装置。 The CVD apparatus according to claim 9, wherein
The plasma generation unit includes a high-frequency antenna that is provided in the processing space and generates inductively coupled plasma of the source gas in the processing space.
前記高周波アンテナは、
前記チャンバー内に設けられ巻数が一周未満の導体からなる高周波アンテナである、CVD装置。 The CVD apparatus according to claim 10, wherein
The high-frequency antenna is
A CVD apparatus, which is a high-frequency antenna provided in the chamber and made of a conductor having less than one turn.
前記第1ステップと並行して前記処理空間内のガスを励起する第2ステップと、
前記処理空間において前記第1および第2ステップと並行して前記原料ガスを励起する第3ステップと、
前記原料ガスから生じた活性種の前記構造体への付着を抑制するための付着抑制ガスを、前記構造体の前記処理空間を囲む壁面に二次元的に分布する複数の吐出口から前記第1および第2ステップと並行して前記処理空間に供給する第4ステップと、
を備え、
前記付着抑制ガスは、前記所定のガス種を含む、CVD方法。 A first step of causing a substrate to be processed to face the processing space of a chamber including a structure defining a processing space for CVD processing;
A second step of exciting the gas in the processing space in parallel with the first step;
A third step of exciting the source gas in parallel with the first and second steps in the processing space;
The adhesion suppression gas for suppressing the adhesion of the active species generated from the source gas to the structure is supplied from the plurality of discharge ports distributed two-dimensionally on the wall surface surrounding the processing space of the structure. And a fourth step for supplying the processing space in parallel with the second step,
With
The CVD method, wherein the adhesion suppression gas includes the predetermined gas species.
前記第3ステップと前記第4ステップとは、並行して行われる、CVD方法。 A CVD method according to claim 12, comprising:
A CVD method in which the third step and the fourth step are performed in parallel.
前記第3ステップと前記第4ステップとは、順次に行われる、CVD方法。 A CVD method according to claim 12, comprising:
The third step and the fourth step are CVD methods performed sequentially.
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WO2021187136A1 (en) * | 2020-03-17 | 2021-09-23 | 東京エレクトロン株式会社 | Film forming apparatus and substrate processing method |
-
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- 2014-03-06 JP JP2014043630A patent/JP2015170680A/en active Pending
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