JP2016091617A - Plasma processing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板等の被処理基体の表面にプラズマを用いて成膜やエッチング等の処理を行うプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as film formation and etching on a surface of a substrate to be processed such as a semiconductor substrate using plasma.
一般的なプラズマ処理装置では、被処理基体が設置された処理室内にガスを導入したうえで、処理室内に高周波電磁界を形成して該ガスをプラズマ化し、解離した分子を被処理基体に入射させることにより、被処理基体の表面に成膜やエッチング等の処理を行う。 In a general plasma processing apparatus, a gas is introduced into a processing chamber in which a substrate to be processed is installed, a high-frequency electromagnetic field is formed in the processing chamber to turn the gas into plasma, and dissociated molecules are incident on the substrate to be processed. By doing so, the surface of the substrate to be processed is subjected to processing such as film formation and etching.
被処理基体の表面の位置によらず均一に処理を行うために、プラズマは処理室内に均一な密度で生成する必要がある。特許文献1には、線状の導体(アンテナ線)が処理室の上部壁の上面のほぼ全体に亘って配置されるように、上面上でアンテナ線を折り曲げて形成された高周波アンテナを有するプラズマ処理装置が記載されている。但し、特許文献1では、アンテナ線を配置する密度は均一ではなく、アンテナ線への給電点からの距離や処理室の側壁からの距離等に応じて粗密が形成されている。これにより高周波電磁界の強度分布の偏りを抑え、プラズマの密度をより均一に近づけることができるとされている。 In order to perform processing uniformly regardless of the position of the surface of the substrate to be processed, it is necessary to generate plasma with a uniform density in the processing chamber. Patent Document 1 discloses a plasma having a high-frequency antenna formed by bending an antenna line on an upper surface so that a linear conductor (antenna line) is arranged over substantially the entire upper surface of the upper wall of the processing chamber. A processing device is described. However, in Patent Document 1, the density of arranging the antenna lines is not uniform, and the density is formed according to the distance from the feeding point to the antenna lines, the distance from the side wall of the processing chamber, and the like. Thereby, it is said that the bias of the intensity distribution of the high frequency electromagnetic field can be suppressed and the plasma density can be made more uniform.
特許文献1に記載の装置では、アンテナ線の配置の粗密が固定的なものであるため、一旦装置を作製した後に高周波電磁界の強度分布を調整することは困難である。そのため、特許文献1に記載の装置において、様々なケースに対して処理室内のプラズマの密度を均一にすることは困難である。また逆に、目的に応じて被処理基体の表面の位置に応じた処理を行うこともできない。 In the apparatus described in Patent Document 1, since the arrangement of antenna lines is fixed, it is difficult to adjust the intensity distribution of the high-frequency electromagnetic field once the apparatus is manufactured. Therefore, in the apparatus described in Patent Document 1, it is difficult to make the plasma density uniform in the processing chamber for various cases. Conversely, processing according to the position of the surface of the substrate to be processed cannot be performed according to the purpose.
本発明が解決しようとする課題は、装置の固定的な条件に制約されることなく、被処理基体の表面に対して高い均一性又は高い自由度で処理を行うことに適したプラズマ処理装置を提供することである。 A problem to be solved by the present invention is a plasma processing apparatus suitable for performing processing with high uniformity or high degree of freedom on the surface of a substrate to be processed without being restricted by fixed conditions of the apparatus. Is to provide.
上記課題を解決するために成された本発明に係るプラズマ処理装置は、
a) 処理室と、
b) 前記処理室と連通する連通孔を有するプラズマ生成室と、
c) 前記プラズマ生成室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
d) 前記処理室に設けられた、前記連通孔に対向するように被処理基体を保持する被処理基体保持手段と、
e) 前記被処理基体保持手段に保持された被処理基体と前記連通孔の位置を相対的に移動させる移動手段と
を備えることを特徴とする。
The plasma processing apparatus according to the present invention, which has been made to solve the above problems,
a) a processing chamber;
b) a plasma generation chamber having a communication hole communicating with the processing chamber;
c) plasma generation means for generating plasma in the plasma generation chamber;
d) a substrate-to-be-treated holding means for holding the substrate to be treated so as to face the communication hole provided in the processing chamber;
e) A substrate to be processed held by the substrate to be processed holding means and a moving means for relatively moving the position of the communication hole.
本発明に係るプラズマ処理装置では、プラズマ生成手段によってプラズマ生成室内に生成されるプラズマが、連通孔から処理室に移動し、被処理基体保持手段に保持された被処理基体の表面に供給される。そして、移動手段により、被処理基体と連通孔の位置を相対的に移動させることにより、被処理基体の表面の所定の範囲においてプラズマによる処理が行われる。これにより、プラズマの密度や被処理基体の移動速度等に応じて、被処理基体全体に均一に、あるいは被処理基体の表面の位置に応じた処理を行うことができる。ここで、該プラズマを直接被処理基体の表面に作用させる(例えばエッチング)ようにしてもよいし、連通孔と被処理基体表面の間にガスを供給して該ガスの分子がプラズマと接触することにより解離したものを被処理基体の表面に作用させる(例えば堆積による製膜)ようにしてもよい。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the plasma generated in the plasma generating chamber by the plasma generating means moves from the communication hole to the processing chamber and is supplied to the surface of the substrate to be processed held by the substrate holding means to be processed. . And the process by a plasma is performed in the predetermined range of the surface of a to-be-processed base | substrate by moving the position of a to-be-processed base | substrate and a communicating hole relatively by a moving means. As a result, depending on the plasma density, the moving speed of the substrate to be processed, etc., the entire substrate to be processed can be processed uniformly or according to the position of the surface of the substrate to be processed. Here, the plasma may be directly applied to the surface of the substrate to be processed (for example, etching), or a gas is supplied between the communication hole and the surface of the substrate to be processed so that the molecules of the gas come into contact with the plasma. The material dissociated by this may act on the surface of the substrate to be processed (for example, film formation by deposition).
例えば、プラズマの密度や被処理基体の移動速度等のパラメータを時間的に一定にすると共に、プラズマの密度のように空間分布が生じ得るパラメータを空間的に一定にすることにより、被処理基体に対してその表面の位置に依らずに均一な処理を行うことができる。ここで、プラズマの密度の空間分布は、本発明では被処理基体の表面よりも小さい連通孔の近傍の部分において制御すればよいため、従来のように被処理基体の表面全体に均一な密度でプラズマを生成するよりも容易に、均一な処理を実現することができる。一方、各種のパラメータを空間的及び/又は時間的に変化させることにより、被処理基体の表面の位置に応じた処理を行うことができる。 For example, the parameters such as the plasma density and the moving speed of the substrate to be processed are made constant over time, and the parameters that can cause a spatial distribution, such as the plasma density, are made spatially constant, so that On the other hand, uniform processing can be performed regardless of the position of the surface. Here, the spatial distribution of the plasma density may be controlled in a portion in the vicinity of the communication hole smaller than the surface of the substrate to be processed in the present invention, so that the entire surface of the substrate to be processed has a uniform density as in the past. Uniform treatment can be realized more easily than when plasma is generated. On the other hand, by changing various parameters spatially and / or temporally, processing according to the position of the surface of the substrate to be processed can be performed.
連通孔はスポット(点)状のものであってもよいし、スリット(線状のもの)であってもよい。スポット状の連通孔は被処理基体の表面の位置に応じて細かく制御する場合に適している。一方、スリットである連通孔は、被処理基体の表面の広い範囲をより短時間で処理する場合に適している。 The communication hole may be a spot (dot) shape or a slit (linear shape). The spot-shaped communication hole is suitable for fine control according to the position of the surface of the substrate to be processed. On the other hand, the communication hole, which is a slit, is suitable for processing a wide range of the surface of the substrate to be processed in a shorter time.
本発明では、プラズマ生成手段の種類は特に問わず、誘導結合型プラズマ生成手段、容量結合型プラズマ生成手段、電子サイクロトロン共鳴 (ECR) 型プラズマ生成手段等、種々のものを用いることができる。プラズマ生成手段は、プラズマ生成室内の所定領域にガスを供給するガス供給手段、及び該所定領域に高周波電磁界を生成する高周波電磁界生成手段を有する。高周波電磁界生成手段は、誘導結合型プラズマ生成手段では高周波電流が流れる高周波アンテナ、容量結合型プラズマ生成手段では高周波電圧が印加される1対の電極、ECR 型プラズマ生成手段ではマイクロ波生成装置及び導波管である。高周波電磁界生成手段は、プラズマ生成室内にあってもよいし、プラズマ生成室の外にあってもよい。 In the present invention, the type of plasma generating means is not particularly limited, and various types such as inductively coupled plasma generating means, capacitively coupled plasma generating means, and electron cyclotron resonance (ECR) plasma generating means can be used. The plasma generation means includes a gas supply means for supplying a gas to a predetermined area in the plasma generation chamber, and a high frequency electromagnetic field generation means for generating a high frequency electromagnetic field in the predetermined area. The high frequency electromagnetic field generating means includes a high frequency antenna through which a high frequency current flows in the inductively coupled plasma generating means, a pair of electrodes to which a high frequency voltage is applied in the capacitively coupled plasma generating means, and a microwave generating apparatus in the ECR plasma generating means, and It is a waveguide. The high-frequency electromagnetic field generation means may be in the plasma generation chamber or outside the plasma generation chamber.
スリットである連通孔を使用する場合には、プラズマ生成手段は、直線状の線状導体から成り該スリットに平行に配置されている作用部を有する高周波アンテナを備えることが望ましい。ここで「作用部」とは、高周波アンテナを構成する線状導体のうち、プラズマ生成室内に高周波電磁界を生成することに寄与する部分をいう。このような高周波アンテナを用いることにより、スリットに平行な方向における高周波電磁界の強度分布の均一性が高くなり、それによって、連通孔から被処理基体の表面に均一にプラズマを供給することができるため、被処理基体に対する処理の均一性をより高くすることができる。 When using the communication hole which is a slit, it is desirable that the plasma generating means includes a high-frequency antenna having a working portion which is made of a linear linear conductor and is arranged in parallel to the slit. Here, the “action part” refers to a part that contributes to the generation of a high-frequency electromagnetic field in the plasma generation chamber among the linear conductors constituting the high-frequency antenna. By using such a high-frequency antenna, the uniformity of the intensity distribution of the high-frequency electromagnetic field in the direction parallel to the slit is increased, and thereby plasma can be uniformly supplied from the communication hole to the surface of the substrate to be processed. Therefore, the uniformity of processing on the substrate to be processed can be further increased.
また、上記作用部を有する高周波アンテナを用いる場合において、高周波アンテナは1個のみ用いてもよいし、作用部をスリットの長手方向に複数個並べて用いてもよい。このようにすると、高周波アンテナ1個当たりの線状導体が短くなることでインピーダンスが小さくなるため、強い高周波電力を供給することができ、それにより高い密度のプラズマを生成することができる。但し、複数個の高周波アンテナを隙間無く並べることは困難であるのに対して、高周波アンテナを1個のみ用いた場合にはそのような隙間が生じることがないためプラズマ密度の均一性を高くすることができる。 Moreover, when using the high frequency antenna which has the said action | operation part, you may use only one high frequency antenna, and may arrange and use two or more action | operation parts in the longitudinal direction of a slit. In this way, since the impedance is reduced by shortening the linear conductor per high-frequency antenna, strong high-frequency power can be supplied, and thereby high-density plasma can be generated. However, while it is difficult to arrange a plurality of high-frequency antennas without gaps, when only one high-frequency antenna is used, such gaps do not occur, so that the uniformity of plasma density is increased. be able to.
本発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマ生成室を画定する壁が、該プラズマ生成室の外部から内側に向かって凹んだ、前記スリットに平行な線状の凹部を有し、前記プラズマ生成手段が、前記凹部に配置された高周波アンテナを備えることが望ましい。なお、この場合における高周波アンテナは、前述の直線状の線状導体から成る作用部を有するものであってもよいし、それ以外のものであってもよい。この構成により、高周波アンテナの周囲に、凹部の壁を隔ててプラズマ生成室内の空間が存在することとなるため、プラズマ生成室内に効率的にプラズマを生成することができる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the wall defining the plasma generation chamber has a linear recess parallel to the slit, which is recessed from the outside to the inside of the plasma generation chamber, and the plasma generation means However, it is desirable to provide the high frequency antenna arrange | positioned at the said recessed part. Note that the high-frequency antenna in this case may have an action portion made of the linear linear conductor described above, or may be other than that. With this configuration, a space in the plasma generation chamber exists around the high-frequency antenna with the wall of the recess therebetween, so that plasma can be generated efficiently in the plasma generation chamber.
また、本発明に係るプラズマ処理装置は、前記プラズマ生成手段が高周波アンテナを備え、該高周波アンテナと前記被処理基体保持手段の間であって前記連通孔以外の位置に、高周波電磁界を遮蔽するシールドを備えることが望ましい。これにより、高周波アンテナによって形成された高周波電磁界が被処理基体の表面近傍に到達することが抑えられ、プラズマ中のイオンやプラズマと、処理室内の(プラズマの分子以外の)ガス分子が接触して生成されるラジカルが必要以上に解離することを防ぐことができる。例えば、シラン(SiH4)ガスを用いてシリコン(Si)薄膜を成膜する場合には、プラズマとの接触によりSiH4分子をSiH3ラジカルと水素(H)ラジカルに解離させることが望ましいが、高周波電磁界によりさらに解離が進行してSiH2, SiHあるいはSiラジカルが生成されると、膜中に欠陥が形成されたり膜密度が低下する原因になることが知られている(例えば特許文献2)。本発明において上記シールドを用いることにより、SiH4分子が過度に解離することを抑えることができる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, the plasma generation unit includes a high-frequency antenna, and shields the high-frequency electromagnetic field between the high-frequency antenna and the processing target substrate holding unit and at a position other than the communication hole. It is desirable to provide a shield. This suppresses the high-frequency electromagnetic field formed by the high-frequency antenna from reaching the vicinity of the surface of the substrate to be processed, so that ions and plasma in the plasma come into contact with gas molecules (other than plasma molecules) in the processing chamber. It is possible to prevent radicals generated in this way from being dissociated more than necessary. For example, when a silicon (Si) thin film is formed using silane (SiH 4 ) gas, it is desirable to dissociate SiH 4 molecules into SiH 3 radicals and hydrogen (H) radicals by contact with plasma. It is known that when dissociation further proceeds by a high-frequency electromagnetic field and SiH 2 , SiH or Si radicals are generated, defects are formed in the film or the film density is reduced (for example, Patent Document 2). ). By using the shield in the present invention, it is possible to suppress excessive dissociation of SiH 4 molecules.
本発明に係るプラズマ処理装置は、板状のもの(基板)やブロック状のもの等、種々の被処理基体を処理することができる。また、本発明に係るプラズマ処理装置は、プラスチックフィルム等の可撓性を有する可撓性基板を処理することもできる。この場合、被処理基体保持手段は、処理前の可撓性基板を巻き付ける第1ロールと、処理後の可撓性基板を巻き取る第2ロールから成るものとすることができる。処理時には可撓性基板を第1ロールから第2ロールに送出して該第2ロールに巻き取る。従って、このような被処理基体保持手段は、移動手段を兼ねることとなる。 The plasma processing apparatus according to the present invention can process various substrates to be processed such as a plate-like (substrate) and a block-like one. The plasma processing apparatus according to the present invention can also process a flexible substrate having flexibility such as a plastic film. In this case, the to-be-processed substrate holding means can be composed of a first roll for winding the flexible substrate before processing and a second roll for winding the flexible substrate after processing. At the time of processing, the flexible substrate is sent from the first roll to the second roll and wound around the second roll. Therefore, such a target substrate holding means also serves as a moving means.
本発明により、被処理基体の表面に対して高い均一性又は高い自由度で処理を行うことに適したプラズマ処理装置を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a plasma processing apparatus suitable for performing processing with high uniformity or high degree of freedom on the surface of a substrate to be processed.
本発明に係るプラズマ処理装置の実施例を、図1〜図5を用いて説明する。 An embodiment of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
(第1実施例)
図1(a)は、第1実施例のプラズマ処理装置10の一縦断面(以下、「A-A'縦断面」とする)における断面図であり、(b)はA-A'縦断面に垂直であるB-B'縦断面における断面図である。図1(a)にはB-B'縦断面を、(b)にはA-A'縦断面を、それぞれ一点鎖線で図示する。
(First embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view in one longitudinal section (hereinafter referred to as “AA ′ longitudinal section”) of the
プラズマ処理装置10は、処理室11及びプラズマ生成室12を有する。プラズマ生成室12は処理室11の上壁の上に設けられており、スリット状の連通孔(以下、「スリット」と呼ぶ)13により処理室11内と連通している。スリット13は、A-A'縦断面に垂直(B-B'縦断面に平行)な方向に延びている。
The
処理室11内には基板保持部14が設けられている。基板保持部14は平板状であり、該平板の上面に、スリット13に対向するように基板Sが保持される。基板保持部14は、A-A'縦断面の左右方向、すなわちスリット13に垂直な方向に移動する移動機構を有している。基板保持部14の移動範囲の左端は、基板Sの右端がスリット13の左端の直下の位置を外れる位置(図1(a)の処理室11内に示した破線部参照)であり、移動範囲の右端は、基板Sの左端がスリット13の右端の直下の位置を外れる位置(同)である。
A
プラズマ生成室12の上壁には、プラズマ生成室12の外側から内側に向かって凹んだ凹部121が設けられている。凹部121はA-A'縦断面に垂直、すなわちスリット13に平行に、プラズマ生成室12の全長に亘って延びている。凹部121内(すなわちプラズマ生成室12の外側)には高周波アンテナ15が収容されている。高周波アンテナ15は、凹部121の全長に亘って該凹部121に(すなわちスリット13に)平行に延びる管状の線状導体から成る作用部を有する。作用部の両端では、線状導体が90°曲げられており、高周波アンテナ15全体はU字形の形状を有する。高周波アンテナ15の一端は整合器151を介して高周波電源に接続され、他端は接地される。高周波アンテナ15の管内には、水等の冷媒を流すことができるようになっている。
The upper wall of the
プラズマ生成室12内であって凹部121の両側の空間122には、プラズマを生成するためのプラズマ生成ガスをプラズマ生成室12内に導入するプラズマ生成ガス導入部16が設けられている。一方、処理室11内には、スリット13の直下の両側に、基板S上に作製する膜の原料となる膜原料ガスを該スリット13直下に導入する膜原料ガス導入部17が設けられている。プラズマ生成ガス導入部16及び膜原料ガス導入部17はいずれも、石英製の管の表面に多数の孔を設けて成るものであり、これらの管はスリット13の長手方向の全長に亘って設けられている。
A plasma generation
処理室11の上壁上であってプラズマ生成室12の周囲には、高周波電磁界を遮蔽する金属製のシールド18が設けられている。このシールド18は、高周波アンテナ15と処理室11の間に位置することとなる。
A
その他、本実施例のプラズマ処理装置10には、処理室11内の気体を排気する真空ポンプが設けられている(図示せず)。プラズマ生成室12内は、処理室11及びスリット13を介して、この真空ポンプにより排気される。
In addition, the
本実施例のプラズマ処理装置10の動作を説明する。まず、基板Sを基板保持部14に載置した後、真空ポンプにより処理室11及びプラズマ生成室12内にある空気等の気体を排気する。そのうえで、プラズマ生成ガス導入部16からプラズマ生成室12内にプラズマ生成ガスを導入する。プラズマ生成ガス導入部16はスリット13に平行な方向に該スリット13の長手方向の全長に亘って設けられているため、プラズマ生成室12内ではスリット13に平行な方向に均一にプラズマ生成ガスが供給される。一方、処理室11内では、スリット13の直下に、膜原料ガス導入部17から膜原料ガスが導入される。
The operation of the
また、高周波アンテナ15の管内に冷媒を流しつつ、高周波電源152により高周波アンテナ15に高周波電流を流す。これにより、プラズマ生成室12内に、高周波アンテナ15により高周波電磁界が形成される。この高周波電磁界により、プラズマ生成室12内に導入されたプラズマ生成ガスの分子が解離してプラズマとなる。ここで、高周波アンテナ15がスリット13に平行に、プラズマ生成室12の全長に亘って延びていることにより、高周波電磁界の強度はスリット13に平行な方向に均一になる。
In addition, a high-frequency current is caused to flow through the high-
このように、プラズマ生成ガスの供給量及び高周波電磁界の強度がいずれもスリット13に平行な方向に均一であるため、生成されるプラズマの密度も同方向において均一になる。生成されたプラズマは、スリット13を通って処理室11内に導入され、スリット13の直下において膜原料ガスに接触する。これにより、膜原料ガスの分子が解離し、基板保持部14に保持された基板Sの表面に到達して、基板Sの表面に薄膜が形成されてゆく。その間、移動機構は、基板保持部14をスリット13に垂直な方向に等速で移動させる。
Thus, since the supply amount of the plasma generation gas and the strength of the high-frequency electromagnetic field are both uniform in the direction parallel to the
以上のように、スリット13に平行な方向にはプラズマが均一な密度で生成されると共に膜原料ガスが均一な密度で供給され、且つ、スリット13に垂直な方向には基板保持部14が(すなわち基板Sが)等速で移動することにより、いずれの方向においても基板Sの表面に均一に薄膜を形成することができる。
As described above, plasma is generated at a uniform density in the direction parallel to the
本実施例では、高周波アンテナ15が凹部121内に設けられていることにより、高周波アンテナ15の下方だけでなく側方に形成された高周波電磁界も、凹部121の両側の空間122内に侵入してプラズマの生成に寄与するため、効率よくプラズマが生成される。
In this embodiment, since the high-
また、本実施例では、高周波アンテナ15と処理室11の間にシールド18が設けられていることにより、高周波アンテナ15で発生した高周波電磁界が処理室11内に侵入することが抑えられる。そのため、処理室11内において膜原料ガスの分子がプラズマによって過度に解離することが防止される。
In the present embodiment, the
ここまでは、第1実施例のプラズマ処理装置10を用いて基板S上に製膜を行う場合について説明したが、このプラズマ処理装置10は、基板Sに対してエッチングを行う場合等、他の用途にも用いることができる。エッチングの場合には、膜原料ガス導入部17は不要である。
Up to this point, the case where film formation is performed on the substrate S using the
(第2実施例)
次に、図2を用いて、本発明に係るプラズマ処理装置の第2実施例を説明する。図2では、図1(b)のB-B'断面に相当する断面における、本実施例のプラズマ処理装置20の構成を示す。なお、図1(a)のA-A'断面に相当する断面におけるプラズマ処理装置20の構成は、高周波アンテナの符号(第1実施例では15、第2実施例では25)を除いて同じであるため、図示を省略する。また、下記の高周波アンテナ25、整合器251及び高周波電源252以外のプラズマ処理装置20の構成は、第1実施例のプラズマ処理装置10と同じであるため、図2中に第1実施例と同じ符号を付したうえで、説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, a second embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 shows the configuration of the
本実施例のプラズマ処理装置20は、凹部121内に複数個の高周波アンテナ25を備える。高周波アンテナ25は、スリット13に平行な線状導体から成る作用部を有する点では第1実施例の高周波アンテナ15と同じであるが、個々の高周波アンテナ25における作用部の線状導体の長さは第1実施例の高周波アンテナ15よりも短い。各高周波アンテナ25は、作用部がスリットの長手方向に1列に並ぶように設けられている。各高周波アンテナ25の一端は、1個の高周波電源252に並列に接続される。高周波アンテナ25と高周波電源252の間には、高周波アンテナ25毎に整合器251が接続されている。各高周波アンテナ25の他端は接地されている。なお、高周波電源252は、高周波アンテナ25と同数個用い、1個の高周波アンテナ25に1個ずつ接続してもよい。
The
本実施例のプラズマ処理装置20の使用方法は、高周波電源252から複数個の高周波アンテナ25に高周波電流を供給する点を除いて、第1実施例の高周波アンテナ15と同じである。
The method of using the
第1実施例と第2実施例を比較すると、スリット13に平行な方向におけるプラズマの均一性の高さという点においては、作用部の線状導体の切れ目が無い第1実施例の方が優れている。一方、第2実施例では、個々の高周波アンテナ25における作用部の線状導体の長さが第1実施例の高周波アンテナ15よりも短いため、高周波アンテナ25のインピーダンスが低く、より強い高周波電力を供給することができる。そのため、第2実施例の方がより高い密度のプラズマを生成することができ、より速い速度で成膜を行うことができる。
Comparing the first embodiment and the second embodiment, the first embodiment is superior in that there is no break in the linear conductor of the working part in terms of high uniformity of plasma in the direction parallel to the
(第3実施例)
次に、図3を用いて、本発明に係るプラズマ処理装置の第3実施例を説明する。第3実施例のプラズマ処理装置30は、上述の可撓性基板に相当するフィルム(以下、「フィルム状基板FS」とする)の表面にコーティングやスパッタリング等の処理を行う装置である。このような装置は、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やナイロン等のプラスチック製のフィルム状基板FSの表面に、酸化シリコンや酸化アルミニウム等の金属酸化物から成るコーティングを施すことにより、酸素等の気体が透過し難い、食品の包装等の用途に適したフィルムを製造するために用いられる。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. The
本実施例のプラズマ処理装置30は、処理室31内にフィルム状基板保持部34を備える。下記の処理室31及びフィルム状基板保持部34以外のプラズマ処理装置30の構成は、第1実施例のプラズマ処理装置10と同じであるため、図3中に第1実施例と同じ符号を付したうえで、説明を省略する。
The
フィルム状基板保持部34は、第1ロール341と第2ロール342という2本のロールを有する。第1ロール341には処理前のフィルム状基板FSが巻き付けられ、第2ロール342には処理後のフィルム状基板FSが巻き付けられる。フィルム状基板保持部34は、フィルム状基板FSを第1ロール341から送出して第2ロール342に巻き付けることにより、フィルム状基板FSを移動させる基板移動手段としての機能も有する。フィルム状基板保持部34は、第1ロール341から第2ロール342に移動するフィルム状基板FSがスリット13に対向する位置を該スリット13に垂直な方向に通過するように配置されている。処理室31は、第1実施例における処理室11と比較すると、平板上の基板が横方向に移動するための空間が不要な分だけ横方向の寸法が小さいが、その他の点は処理室11と同じである。
The film-like
本実施例のプラズマ処理装置30の動作は、以下の2点を除いて、第1実施例のプラズマ処理装置10の動作と同じである。1点目は、上述のように基板(フィルム状基板FS)を移動させる動作が相違することである。2点目は、コーティングの材料が金属酸化物であることから、膜原料ガス導入部17から処理室31内に、金属材料のガス(例えば、酸化シリコンのコーティングを施す場合には、シランガス)と共に酸素を供給することである。
The operation of the
なお、ここまでに述べた第1〜第3実施例ではいずれも、基板(フィルム状基板を含む)はいずれもスリットに垂直な方向に移動させたが、移動の方向はそれ以外であってもよい。但し、基板の表面に対して面状に処理を行うためには、基板をスリットに非平行に移動させる必要がある。 In all of the first to third embodiments described so far, the substrate (including the film-like substrate) is moved in the direction perpendicular to the slit, but the direction of movement may be other than that. Good. However, in order to process the surface of the substrate in a planar shape, it is necessary to move the substrate non-parallel to the slit.
(第4実施例)
ここまではスリット状の連通孔を用いる例を示したが、第4実施例では、スポット(点)状の連通孔を用いる。本実施例のプラズマ処理装置40の構成を図4に示す。プラズマ処理装置40は、処理室41の上にプラズマ生成室42を有し、処理室41とプラズマ生成室42の間にスポット状の連通孔43を有する。
(Fourth embodiment)
Up to this point, an example in which a slit-shaped communication hole is used has been described. However, in the fourth embodiment, a spot (dot) -shaped communication hole is used. The configuration of the
本実施例では、プラズマ生成室42は、第1実施例のプラズマ生成室12よりも、B-B'縦断面における幅が狭い。連通孔43は、図4のA-A'縦断面及びB-B'縦断面内を通る位置に設けられている。プラズマ生成室42の上壁には、プラズマ生成室42の外側から内側に向かって凹んだ凹部421が設けられている。凹部421はA-A'縦断面に垂直に線状に延びており、その内部には高周波アンテナ45が収容されている。本実施例では、凹部421及び高周波アンテナ45の作用部は、第1実施例のものよりもB-B'縦断面における長さが短い。凹部421の両側の空間422には、上壁からプラズマ生成室12内に延びる管から成るプラズマ生成ガス導入部46が、A-A'縦断面内に設けられている。
In the present embodiment, the
処理室41内には基板保持部44が設けられている。基板保持部44は、B-B'縦断面に垂直な方向(X方向)に移動可能なXステージ44Xの上に、A-A'縦断面に垂直な方向(Y方向)に移動可能なYステージ44Yを有し、Yステージ44Yの上に基板Sが載置される。従って、基板保持部44は移動手段としての機能も有している。また、処理室41内には、連通孔43の直下の両側に、膜原料ガスを該連通孔43直下に導入する膜原料ガス導入部47が設けられている。
A
本実施例のプラズマ処理装置40の動作は、プラズマ生成室42から連通孔43を通して処理室41内に供給されるプラズマの空間範囲、及び基板保持部44の移動手段としての動作を除いて、第1実施例のプラズマ処理装置10と同様である。供給されるプラズマの空間範囲は、連通孔43の形状に対応してスポット状の形状となる。そのため、基板Sの表面において、プラズマにより解離した膜原料ガスの分子は、スポット状の範囲内に到達する。そして、基板保持部44により、基板SがX方向及びY方向に移動することにより、基板S上の任意の位置に膜の材料を堆積させることができる。その際、プラズマ生成ガス及び膜原料ガスの供給量、高周波電磁界の強度、並びに基板Sの移動速度を一定とすることにより、均一な膜を作製することができる。また、これらのパラメータを時間変化させることにより、基板S上の位置により厚さが異なる膜を作製することもできる。
The operation of the
(第5実施例)
次に、図5を用いて、本発明に係るプラズマ処理装置の第5実施例を説明する。本実施例のプラズマ処理装置50では、プラズマ生成室52は処理室51内に収容されており、処理室51の上壁から吊り下げられている。プラズマ生成室52の下壁にはスリット53が設けられている。また、プラズマ処理装置50は、プラズマ生成室52を処理室51の上壁に沿ってスリット53に垂直な方向に移動させる移動機構(図示せず)を有している。プラズマ生成室52の上壁には第1実施例と同様の凹部521及び高周波アンテナ55が設けられており、プラズマ生成室52内には第1実施例と同様のプラズマ生成ガス導入部56が設けられている。プラズマ生成室52の周囲には、第1実施例と同様のシールド58が設けられている。
(5th Example)
Next, a fifth embodiment of the plasma processing apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. In the
処理室51内には、スリット53の直下の両側に、基板S上に作製する膜の原料となる膜原料ガスを該スリット53直下に導入する膜原料ガス導入部57が設けられている。膜原料ガス導入部57は、プラズマ生成室52の移動に伴って膜原料ガス導入部57も移動するよう、プラズマ生成室52の下壁の下面に固定されている。処理室51の底面には、基板Sを載置する基板保持部54が固定されている。
In the
高周波アンテナ55の両端はそれぞれ可撓性のあるケーブルに接続されており、これらのケーブルはフィードスルーを介して処理室51の外部に引き出されている。そして、これらケーブルにより、高周波アンテナ55の一端は処理室51の外部に設けられた整合器を介して高周波電源に接続され、他端は接地される。なお、このように処理室51の外部で接地する代わりに、処理室51の壁の材料に導電性材料を用い、該他端を処理室51内で該壁に接続したうえで、該壁を接地してもよい。また、プラズマ生成ガス導入部56及び膜原料ガス導入部57はそれぞれ、それらの管がフィードスルーを介して外部に引き出された可撓性のある管に接続されている。これら可撓性のあるケーブル及び管を用いることにより、プラズマ生成室52と共に支障なく、高周波アンテナ55、プラズマ生成ガス導入部56及び膜原料ガス導入部57を移動させることができる。
Both ends of the high-
本実施例のプラズマ処理装置50の動作は、基板保持部の代わりにプラズマ生成室52を移動させる点を除いて、第1実施例のプラズマ処理装置10の動作と同じである。
The operation of the
なお、ここまでに述べた第1〜第5実施例ではいずれも、被処理基体は基板又はフィルム状基板という板状のものであったが、ブロック状の被処理基体に対しても同様のプラズマ処理を行うことができる。また、これら実施例ではいずれも、高周波アンテナを凹部に設けたが、凹部を設けずにプラズマ生成室外に配置してもよいし、プラズマ生成室内に配置してもよい。さらには、高周波アンテナ(誘導結合型)の代わりに、1対の電極(容量結合型)やマイクロ波生成装置及び導波管(ECR型)を用いてもよい。 In all of the first to fifth embodiments described so far, the substrate to be processed is a plate-like substrate or a film-like substrate, but the same plasma is applied to the block-like substrate to be processed. Processing can be performed. In any of these embodiments, the high-frequency antenna is provided in the recess, but it may be disposed outside the plasma generation chamber without providing the recess, or may be disposed in the plasma generation chamber. Furthermore, instead of the high-frequency antenna (inductive coupling type), a pair of electrodes (capacitive coupling type), a microwave generation device, and a waveguide (ECR type) may be used.
10、20、30、40、50…プラズマ処理装置
11、31、41、51…処理室
12、42、52…プラズマ生成室
121、421、521…凹部
122、422…凹部の両側の空間
13、53…連通孔(スリット)
14、44、54…基板保持部
15、25、45、55…高周波アンテナ
151、251…整合器
152、252…高周波電源
16、46、56…プラズマ生成ガス導入部
17、47、57…膜原料ガス導入部
18、58…シールド
34…フィルム状基板保持部
341…第1ロール
342…第2ロール
43…連通孔(スポット状)
44X…Xステージ
44Y…Yステージ
FS…フィルム状基板
S…基板
10, 20, 30, 40, 50 ...
14, 44, 54 ...
44X ...
Claims (5)
b) 前記処理室と連通する連通孔を有するプラズマ生成室と、
c) 前記プラズマ生成室内にプラズマを生成するプラズマ生成手段と、
d) 前記処理室に設けられた、前記連通孔に対向するように被処理基体を保持する被処理基体保持手段と、
e) 前記被処理基体保持手段に保持された被処理基体と前記連通孔の位置を相対的に移動させる移動手段と
を備えることを特徴とするプラズマ処理装置。 a) a processing chamber;
b) a plasma generation chamber having a communication hole communicating with the processing chamber;
c) plasma generation means for generating plasma in the plasma generation chamber;
d) a substrate-to-be-treated holding means for holding the substrate to be treated so as to face the communication hole provided in the processing chamber;
e) A plasma processing apparatus comprising a substrate to be processed held by the substrate to be processed holding means and a moving means for relatively moving the position of the communication hole.
前記プラズマ生成手段が、前記凹部に配置された高周波アンテナを備える
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のプラズマ処理装置。 The wall defining the plasma generation chamber has a linear recess recessed inward from the outside of the plasma generation chamber and parallel to the slit;
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein the plasma generation unit includes a high-frequency antenna disposed in the recess.
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