JP2018107313A - Gas supply device, plasma processing device, and manufacturing method of gas supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基板をプラズマ処理するときに用いられる電極部材を備えたガス供給装置の技術分野に関する The present invention relates to a technical field of a gas supply device provided with an electrode member used when plasma processing a substrate.
半導体製造装置として、プラズマにより基板に対して成膜処理やエッチングなどを行うプラズマ処理装置があり、例えば上部電極を兼用するガスシャワーヘッドなどと呼ばれているガス供給部と、下部電極を兼用する基板の載置台との間に高周波電力を印加する平行平板型のプラズマ処理装置が知られている。
このようなプラズマ処理装置において、ガス供給部に用いられる上部電極には、複数のガス流路が形成され、ガス流路の下端部には、孔部が拡開するガス吐出口(ガス孔口元)が形成されている。このような上部電極においては、上部電極の表面に形成されたアルマイトがプラズマにより消耗することによるパーティクルの発生や、異常放電が問題となる。そのためガス吐出口の耐プラズマ性の向上の要請がある。
As a semiconductor manufacturing apparatus, there is a plasma processing apparatus for performing film formation processing or etching on a substrate by plasma. For example, a gas supply unit called a gas shower head that also serves as an upper electrode and a lower electrode are used. 2. Description of the Related Art A parallel plate type plasma processing apparatus that applies high-frequency power to a substrate mounting table is known.
In such a plasma processing apparatus, a plurality of gas flow paths are formed in the upper electrode used in the gas supply section, and a gas discharge port (a gas hole opening base) in which a hole is expanded at the lower end of the gas flow path. ) Is formed. In such an upper electrode, generation of particles or abnormal discharge due to the consumption of alumite formed on the surface of the upper electrode by plasma becomes a problem. Therefore, there is a demand for improving the plasma resistance of the gas discharge port.
上部電極の耐プラズマ性を向上させるために、例えば特許文献1、2に記載されているようにガス吐出口のアルマイト処理がされた表面に、セラミックス溶射を行い、保護膜を形成する技術が知られている。このようなガス吐出口の開口部付近に溶射膜を成膜するにあたって、例えば上部電極の一面(載置台と対向する面)に垂直な方向から溶射ガンにより溶射材料を吹き付け、溶射ガンを前記一面に沿って平行移動させて、各ガス吐出口に溶射膜を成膜している。 In order to improve the plasma resistance of the upper electrode, for example, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, a technique for forming a protective film by performing ceramic spraying on the surface of the gas discharge port that has been anodized is known. It has been. In forming a thermal spray film near the opening of such a gas discharge port, for example, a thermal spray material is sprayed by a thermal spray gun from a direction perpendicular to one surface of the upper electrode (a surface facing the mounting table), and the thermal spray gun is applied to the one surface. The thermal spray film is formed on each gas discharge port by parallel movement.
しかしながら前記一面に垂直な方向から溶射ガンにより溶射材料を吹き付けたときに、ガス吐出口の内周面における上流側の部分は、内周面と溶射材料の吹き付け方向との角度が小さくなり、溶射材料が吹き付けにくい。そのためガス吐出口の上流寄りの部位において溶射膜が薄くなる傾向がある。溶射膜が局部的に薄くなると、薄くなった部位において溶射膜が削れて下層が露出しやすくなり、上部電極の使用寿命が短くなる問題がある。また溶射ガンの角度を調整して溶射材料の吹付角度を調整しながら溶射を行おうとすると、溶射工程が繁雑になる問題がある。 However, when spraying material is sprayed from a direction perpendicular to the one surface with a spray gun, the upstream portion of the inner peripheral surface of the gas discharge port has a smaller angle between the inner peripheral surface and the spraying direction of the spray material. The material is difficult to spray. For this reason, the sprayed coating tends to be thin at the upstream portion of the gas discharge port. When the sprayed film is locally thinned, there is a problem that the sprayed film is shaved in the thinned part and the lower layer is easily exposed, and the service life of the upper electrode is shortened. Further, if the spraying is performed while adjusting the spraying angle of the spraying material by adjusting the angle of the spraying gun, there is a problem that the spraying process becomes complicated.
本発明はこのような事情の下になされたものであり、その目的は、複数のガス吐出口が形成された電極部材を備えたプラズマ処理用のガス供給装置において、ガス吐出口に成膜する溶射膜の膜厚の均一化を図る技術を提供することにある。 The present invention has been made under such circumstances, and an object of the present invention is to form a film on a gas discharge port in a plasma processing gas supply apparatus including an electrode member on which a plurality of gas discharge ports are formed. The object is to provide a technique for making the film thickness of the sprayed film uniform.
本発明のガス供給装置は、プラズマを発生させるための電極部材と、
前記電極部材に当該電極部材の一面に向かって伸びるように形成された複数のガス流路と、
前記ガス流路の下流端に連続して形成され、孔径が前記一面に向かって拡大するガス吐出口と、
前記ガス吐出口の表面に溶射膜により形成された保護膜と、を備え、
前記ガス流路と前記ガス吐出口との境界にて内周面を外側に向けて折曲して角部を形成すると共に、前記角部よりも外側に位置する内周面の部位から前記電極部材の一面側の表面までを湾曲面として形成し、前記ガス流路の軸線に沿った断面で見たときに、前記角部から前記湾曲面の内端までの間は直線であることを特徴とする。
The gas supply device of the present invention includes an electrode member for generating plasma,
A plurality of gas flow paths formed on the electrode member so as to extend toward one surface of the electrode member;
A gas discharge port formed continuously at the downstream end of the gas flow path and having a hole diameter expanding toward the one surface;
A protective film formed of a sprayed film on the surface of the gas discharge port,
The inner peripheral surface is bent outward at the boundary between the gas flow path and the gas discharge port to form a corner portion, and the electrode is formed from a portion of the inner peripheral surface located outside the corner portion. A surface up to one surface side of the member is formed as a curved surface, and when viewed in a section along the axis of the gas flow path, a straight line extends from the corner to the inner end of the curved surface. And
また本発明のガス供給装置は、プラズマを発生させるための電極部材と、
前記電極部材に当該電極部材の一面に向かって伸びるように形成された複数のガス流路と、
前記ガス流路の下流端に連続して形成され、孔径が前記一面に向かって拡大するガス吐出口と、
前記ガス吐出口の表面に溶射膜により形成された保護膜と、を備え、
前記ガス流路と前記ガス吐出口との境界にて内周面を外側に向けて折曲して角部を形成すると共に、前記ガス流路の軸線に沿った断面で見たときに、前記角部から、前記ガス吐出口の外端に至るまでの内周面は直線であり、当該直線と前記ガス流路の軸線とがなす角度θ2は、45度から70度の範囲に設定されていることを特徴とする。
The gas supply device of the present invention includes an electrode member for generating plasma,
A plurality of gas flow paths formed on the electrode member so as to extend toward one surface of the electrode member;
A gas discharge port formed continuously at the downstream end of the gas flow path and having a hole diameter expanding toward the one surface;
A protective film formed of a sprayed film on the surface of the gas discharge port,
When the inner circumferential surface is bent outward at the boundary between the gas flow path and the gas discharge port to form a corner, and when viewed in a cross section along the axis of the gas flow path, The inner peripheral surface from the corner to the outer end of the gas discharge port is a straight line, and the angle θ2 formed by the straight line and the axis of the gas flow path is set in a range of 45 degrees to 70 degrees. It is characterized by being.
本発明のガス供給部の製造方法は、上述のガス供給装置の製造方法であって、前記電極部材における前記ガス吐出口が形成された面に向けて溶射材料を吹き付ける溶射部を、前記ガス流路の伸びる方向に対して直交する方向に移動させて溶射膜を成膜することを特徴とする。 The method for manufacturing a gas supply unit according to the present invention is the above-described method for manufacturing a gas supply device, wherein the thermal spraying part that sprays a thermal spray material toward the surface of the electrode member on which the gas discharge port is formed, The thermal spray film is formed by moving in a direction orthogonal to the direction in which the road extends.
本発明のプラズマ処理装置は、内部にプラズマを発生させるための処理容器と、
前記処理容器内に設けられた基板を載置する載置台と、
前記処理容器内にプラズマ処理用の処理ガスを供給する上述のガス供給装置と、
前記載置台と電極部材との間に高周波電力を供給する高周波電源部と、
処理容器内を真空排気をするための排気機構と、を備えたことを特徴とする。
The plasma processing apparatus of the present invention includes a processing container for generating plasma inside,
A mounting table for mounting a substrate provided in the processing container;
The gas supply apparatus described above for supplying a processing gas for plasma processing into the processing vessel;
A high-frequency power supply for supplying high-frequency power between the mounting table and the electrode member;
And an exhaust mechanism for evacuating the inside of the processing container.
本発明は、プラズマ処理に用いられ複数のガス流路が形成された電極部材を有するガス供給装置において、ガス流路とガス吐出口との境界にて角部を形成するように外側に屈曲させ、角部の外側に位置する内周面から電極部材の一面側までを湾曲面として形成している。そのためガス吐出口に溶射材料を吹き付けたときに溶射材料の吹き付け方向とガス吐出口の内周面と、がなす角度が大きくなり、ガス吐出口の上流側の境界付近における薄膜化を防ぐことができる。
また他の発明では、ガス流路とガス吐出口との境界に内周面を第1の角部を形成するように外側に折曲させ、第1の角部の外側の内周面を更に外側に折曲して、第2の角部を形成して電極部材の一面側に連続させている。さらに第1の角部から第2の角部までの内壁に沿った直線とガス流路の軸線とのなす角度θ2を45°以上、70°以下となるようにしている。そのため溶射材料の吹き付け方向と、ガス吐出口の内周面と、がなす角度が大きくなるため同様にガス吐出口の溶射膜が均一な膜厚に形成されやすくなる。
The present invention relates to a gas supply apparatus having an electrode member used for plasma processing and having a plurality of gas flow paths, and is bent outward so as to form a corner at the boundary between the gas flow path and the gas discharge port. A curved surface is formed from the inner peripheral surface located outside the corner portion to one surface side of the electrode member. Therefore, when spraying material is sprayed on the gas discharge port, the angle formed by the spraying direction of the sprayed material and the inner peripheral surface of the gas discharge port becomes large, and it is possible to prevent thinning near the upstream boundary of the gas discharge port. it can.
In another aspect of the invention, the inner peripheral surface is bent outward so as to form a first corner at the boundary between the gas flow path and the gas discharge port, and the inner peripheral surface outside the first corner is further formed. It bend | folds outside and forms the 2nd corner | angular part and it is made to continue on the one surface side of the electrode member. Furthermore, the angle θ2 formed by the straight line along the inner wall from the first corner to the second corner and the axis of the gas flow path is set to 45 ° or more and 70 ° or less. Therefore, since the angle formed by the spraying direction of the thermal spray material and the inner peripheral surface of the gas discharge port becomes large, the sprayed film of the gas discharge port is easily formed in a uniform film thickness.
[第1の実施の形態]
第1の実施の形態に係るガス供給装置を用いたプラズマ処理装置について説明する。図1に示すようにプラズマ処理装置は、接地された例えばアルミニウムまたはステンレス製の真空容器である処理容器10を備えている。処理容器10の側面には、プラズマ処理される基板である例えば矩形のガラス基板Gを受け渡すための搬入出口11が設けられており、搬入出口11には、搬入出口11を開閉するゲートバルブ12が設けられている。
[First Embodiment]
A plasma processing apparatus using the gas supply apparatus according to the first embodiment will be described. As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus includes a
処理容器10の底面における中央部には、ガラス基板Gを載置する、平面形状が矩形であって、上面から下面に至るまでの側周面が平坦な角柱状のサセプタ2が設けられている。サセプタ2は、例えば表面にアルマイト処理がされたアルミニウムやステンレスからなる下部電極21を備え、下部電極21は、絶縁部材22を介して処理容器10の底部に支持されている。下部電極21の上面は、セラミックス溶射で覆われた基板載置面21Aとなっている。また基板載置面21Aの周囲を囲むようにリング状のシールド部材28が設けられ、下部電極21の側面には、全周に亘ってサイドリング状のシールド部材29が設けられている。
At the center of the bottom surface of the
下部電極21の基板載置面21Aには、直流電源27に接続されるチャック用の静電電極板23が埋設されている。静電電極板23に正の直流電圧が印加されると、基板載置面21Aに載置されたガラス基板Gの表面に負電荷が吸着する。この静電電極板23及びガラス基板Gの間に電位差が生じ、この電位差に起因するクーロン力によりガラス基板Gが基板載置面21Aに吸着保持される。下部電極21の内部には、図示しない環状のチラー流路が設けられ、チラー流路には、所定温度の熱伝導媒体、例えばガルデン(登録商標)が循環供給され、熱伝導媒体の温度によって基板載置面21Aに載置されたガラス基板Gの処理温度を制御できる。
A chuck
またサセプタ2には、外部の搬送アームとの間でガラス基板Gを受け渡すための昇降ピン24が、下部電極21、絶縁部材22及び処理容器10の底面を垂直方向に貫通し、下部電極21の表面から突没するように設けられている。
また基板載置面21Aの表面には、図示しない複数の伝熱ガス吐出孔が開口しており、伝熱ガス吐出孔から基板載置面21Aとガラス基板Gとの間に伝熱ガス例えばヘリウム(He)ガスを供給するように構成されている。このHeガスによりガラス基板Gと、サセプタ2との間の熱が効果的に伝達される。
Also, the susceptor 2 is provided with lifting
A plurality of heat transfer gas discharge holes (not shown) are opened on the surface of the
下部電極21には、処理容器10内にプラズマ生成用の電界を形成するための高周波電源部25が整合器26を介して接続されている。この高周波電源部25は例えば比較的高い周波数例えば13.56MHzの高周波を出力できるように構成されている。また処理容器10の底面には、その縁部に全周に亘って、等間隔に複数の排気口13が開口しており、各排気口13は、排気管14を介して真空排気部15に接続されている。排気口13、排気管14及び真空排気部15は排気機構に相当する。
A high frequency
処理容器10の上面にはガラス基板Gに向けて例えばCF4などのプラズマ処理用のガスを供給するためのガス供給装置であるガス供給部30がサセプタ2の上面と対向するように設けられている。ガス供給部30は、一般には「シャワーヘッド」と呼ばれており、以下シャワーヘッド30として説明を進めると、シャワーヘッド30は、例えばアルミニウムを母材とする下面に扁平な凹部が形成された上部材32Aと上部材32Aの下面を塞ぐ電極部材である電極板32Bとを備えている。上部材32Aと電極板32Bとの間の隙間は、処理ガスを拡散するための拡散空間31を形成している。電極板32Bには、電極板32Bを厚さ方向に貫通し、各々拡散空間31に連通された複数のガス流路41が形成される。またシャワーヘッド30の上面には、拡散空間31に接続される処理ガス供給管33が設けられ、処理ガス供給管33には、上流側から例えばCF4などの処理ガス供給源34、流量調整部35、及びバルブ36がこの順に設けられ、シャワーヘッド30に処理ガスを供給するように構成されている。
A
図2に示すようにシャワーヘッド30の電極板32Bには、拡散空間31からサセプタ2と対向する一面側(プラズマを励起する処理空間側)にガスを流すガス流路41が穿設される。ガス流路41は、拡散空間31側を上流、処理空間側を下流とすると、上流側が大径の流路41a、下流側が小径の流路41bとして形成され、さらに下流側端部には、プラズマを励起する処理空間側に開口するガス吐出口40が形成されている。ガス流路41における大径の流路41aの内径は例えば2mmに設定されている。また小径の流路41bは、例えば内径0.5〜1.0mmに構成され、処理空間側で励起されたプラズマがガス流路41の上流側に入り込むことを防いでいる。
As shown in FIG. 2, the
ガス吐出口40は、内周側が全周に亘って面取りされ、上流から下流に向かって孔径が広がっている。各ガス吐出口40の斜面部分は、ガス流路41の軸線Lを含む断面で見たときに、上流側の端部から下流側に向かってガス流路41の軸線Lに対して角度θ1、ここでは、45°傾斜した直線部分42と、直線部分42下流側端部から外側に向かい、サセプタ2と対向する下面(対向面)300に連続する曲線部分43と、で構成されている。この曲線部分43の曲率半径は、1mmの寸法の曲線となるように構成されている。即ちガス吐出口40は、ガス吐出口40とガス流路41との境界にて内周面に境界部Paの角部が形成されるように外側に向けて折曲し、ガス吐出口40の境界部Paの角部よりも下流側に寄った位置から電極板32Bの下面300まで湾曲面として形成されている。なお下面300は、ガス吐出口40における湾曲面の終端の境界部Pbよりも外側の平面部を示す。
The
上部材32A及びガス流路41及びガス吐出口40の内周面を含む電極板32Bの表面全体は、例えば陽極酸化処理が行われ、シャワーヘッド30の表面全体が硬質アルマイト30Aにより覆われている。そして電極板32Bのガス吐出口40が開口している一面側にイットリア(Y2O3)、フッ化イットリウム(YF3)あるいはアルミナ(Al2O3)などの保護膜となる溶射膜を成膜する処理が行われる。溶射装置は、図3に示すように溶射材料50を吹き付ける例えばプラズマ溶射ガンなどの溶射部5を備えている。溶射膜6を成膜するにあたって、溶射材料50の吐出方向と、電極板32Bにおける下面300と、が垂直になるように固定される。
The entire surface of the
そして図3に示すように溶射部5から電極板32Bの下面300へ溶射材料50を吹き付け、溶射部5をガス流路41の伸びる方向と直交する方向に平行移動させて、各々のガス吐出口40に溶射膜6を成膜する。既述のようにガス吐出口40は、既述の断面で見たときに内壁に沿った直線部分42と、軸線Lと、のなす角度が、例えば45°に設定されている。さらにガス吐出口40は、ガス吐出口40とガス流路41との境界部Paにて内周面に角部が形成されるように外側に向けて折曲し、ガス吐出口40の直線部分42の下流側は、電極板32Bの下面300まで湾曲面により繋がるように構成されている。
Then, as shown in FIG. 3, the sprayed
このようなガス吐出口40に向けてガス流路41の軸線Lと平行に溶射材料50吹き付けたときに、図4に示すように溶射材料50の吹付角度と、ガス吐出口40の内面との間の角度αは、45°になる。
これに対して、図5に示すようにガス吐出口40の側周面を湾曲させ、ガス吐出口40とガス流路41との境界部位(ガス吐出口40の上流側端部)から電極板32Bの下面300までを湾曲面として形成した場合には、ガス吐出口40の上流端の近傍において、溶射材料50の吹付角度と、ガス吐出口40の内面との間の角度αが45°よりも小さくなる。
When the
On the other hand, as shown in FIG. 5, the side peripheral surface of the
そのため電極板32Bの処理空間側の面に対して図3に示すようにガス流路41の軸線Lと平行に溶射材料50を吹き付けたときに、後述の実施例に示すように図5に示すガス吐出口40においては、ガス吐出口40の上流側の領域において、溶射材料50がガス吐出口40の内周面に対して吹き付けられる角度αが小さくなる。そのためガス吐出口40の上流側において、溶射膜6の膜厚が薄くなる。
Therefore, when the
これに対して図4に示すガス吐出口40においては、ガス吐出口40の内周面に対して、溶射材料50が45°の角度で吹き付けられる。そのためガス吐出口40の上流側端部においても、下面300に成膜される溶射膜6と同等の膜厚で成膜される。そのため図6に示すようにガス吐出口40の内面に溶射膜6が均一に形成される。なおガス吐出口40とガス流路41との境界部Paの角部からガス吐出口40と電極板32Bの下面300との境界部Pbまでの水平距離S1は1mm以下に形成されている。
なお境界部Pbと境界部Paとの間の水平距離S1は、0.5〜1mmに設定することが好ましい。従って下流側端部と電極板32Bの下面300とを湾曲面で繋ぐ場合において、ガス吐出口40の内壁と軸線Lとがなす角度θ1は45〜50°に設定することが好ましい。
On the other hand, in the
The horizontal distance S1 between the boundary portion Pb and the boundary portion Pa is preferably set to 0.5 to 1 mm. Therefore, when the downstream end and the
このように溶射膜6が成膜された電極板32Bは、上部材32Aに接合された後、既述の処理ガス供給管33が接続され処理容器10に設置され、接地電位に接続される。これによりシャワーヘッド30の電極板32Bは、下部電極21と共に一対の平行平板電極を構成する。
The
続いてプラズマ処理装置の作用について例えばエッチング処理を例に説明する。プラズマ処理装置が稼働すると、被処理基板であるガラス基板Gが、外部の搬送アームと昇降ピン24との協働作用により、基板載置面21Aに載置される。次いでゲートバルブ12を閉じた後、基板載置面21Aとガラス基板Gとの間に伝熱ガスを供給すると共に静電電極板23に直流電圧を印加して、ガラス基板Gを吸着保持する。
Next, the operation of the plasma processing apparatus will be described by taking an etching process as an example. When the plasma processing apparatus is operated, the glass substrate G, which is a substrate to be processed, is placed on the
次いで処理容器10内に例えばCF4などのエッチングガスを含む処理ガスをガス供給部3から供給すると共に、排気口13から真空排気を行い処理容器10内の圧力を所定の圧力に調整する。その後高周波電源部25から整合器26を介してプラズマ生成用の高周波電力を下部電極21本体に印加し、下部電極21と、シャワーヘッド30との間に高周波の電界を発生させる。処理容器10内に供給されている処理ガスは、下部電極21と、シャワーヘッド30との間に発生する高周波の電界により励起され、処理ガスのプラズマが生成される。またプラズマに含まれるイオンが下部電極21に引き寄せられ、ガラス基板Gの被処理膜に対してエッチング処理が行われる。その後エッチング処理が行われたガラス基板Gは、外部の搬送アームにより処理容器10から搬出される。
Next, a processing gas containing an etching gas such as CF 4 is supplied from the gas supply unit 3 into the
このようにプラズマ処理装置において処理容器10内にプラズマが励起されると、図7に示すようにシャワーヘッド30の処理空間側の面がプラズマPに接する。この時ガス吐出口40においては、ガス吐出口40の内面にプラズマが接するが、ガス流路41は下流側の流路41bの内径が狭くなっているためプラズマPがガス流路41側へ進入するおそれは小さい。そしてガス吐出口40は、溶射膜6により覆われているため、溶射膜6の下層側の硬質アルマイト30Aの層がプラズマPから保護される。
When the plasma is thus excited in the
そしてプラズマ処理を繰り返し行うことにより、溶射膜6は消耗によりその膜厚が徐々に薄くなっていく。この時ガス吐出口40に成膜されている溶射膜6の膜厚が均一でない場合には、溶射膜6の膜厚が薄い部位において、下層側の硬質アルマイト30Aの層や電極板32Bの母材であるアルミニウムが局所的に露出してしまう。電極板32Bの母材であるアルミニウムが露出してしまうと、ガス吐出口40にて、異常放電が発生したり、アルミニウムを起源とするパーティクルの発生の要因となるため、ガス供給部3の交換やメンテナンスが必要になる。
By repeatedly performing the plasma treatment, the sprayed
既述のようにシャワーヘッド30は、ガス吐出口40に成膜されている溶射膜6の膜厚の均一性が高いため、プラズマ処理を繰り返したときに溶射膜6の薄化による下層側のアルミニウムの局所的な露出が抑えられるため、シャワーヘッド30の使用寿命が長くなり、交換やメンテナンスの周期を長くすることができる。
As described above, the
第1の実施の形態によれば、プラズマ処理に用いられ、複数のガス流路41が形成された電極板32Bを有するガス供給装置において、ガス流路41とガス吐出口40との境界部Paにて角部を形成するように外側に屈曲させ、角部の外側に位置する内周面から下面300までを湾曲面として形成している。そのためガス吐出口40に溶射材料50を吹き付けたときに溶射材料50を吹き付け方向と、ガス吐出口40の内周面と、のなす角度が大きくなり、ガス吐出口50の上流側の境界付近における薄膜化を防ぐことができる。
これによりガス供給部3に溶射膜6を成膜するにあたって、ガス流路41の伸びる方向から溶射材料50を吹き付けることでガス吐出口40に溶射膜6を均一に成膜することができ、溶射材料50を吹き付ける溶射部5をガス流路41の伸びる方向と直交する方向に移動させて、溶射材料50を吹き付ける位置を変えることで、各ガス吐出口40に均一な溶射膜6を成膜することができる。
従って溶射膜成膜処理が簡単になり、例えば溶射部5の溶射材料50の吹付角度を調整して、溶射膜6の薄い部分に改めて溶射材料50を吹き付けるなどの複雑な工程を行う必要がない。
更に基板に成膜処理を行うプラズマ処理装置に適用してもよく、ガラス基板Gをプラズマ処理するプラズマ処理装置に限らず、円板状の例えば直径300mmウエハをプラズマ処理するプラズマ処理装置であってもよい。
According to the first embodiment, in a gas supply apparatus that is used for plasma processing and has an
Thus, when the sprayed
Therefore, the thermal spray film forming process is simplified, and it is not necessary to perform a complicated process such as, for example, adjusting the spray angle of the
Furthermore, the present invention may be applied to a plasma processing apparatus that performs film formation processing on a substrate, and is not limited to a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a glass substrate G, and is a plasma processing apparatus that performs plasma processing on a disk-shaped wafer having a diameter of, for example, 300 mm. Also good.
[第2の実施の形態]
また第2の実施の形態に係るガス供給装置として、図8に示すように各ガス吐出口40は、軸線Lを含む断面で見たときに上流側端部から下流側端部まで直線部分42のみとなる斜面で構成され、ガス吐出口40の上流側端部とガス流路41との間の境界部Pa及びガス吐出口40の下流側端部と電極板32Bの下面300との境界部Pbとが夫々第1の角部及び第2の角部となるように構成されていてもよい。後述の実施例に示すように各ガス吐出口40の内面の角度θ2が軸線Lに対して45°以上であれば溶射部5から溶射材料50を吹きつけたときにガス吐出口40の溶射膜6に均一に成膜されるため同様の効果がある。
[Second Embodiment]
Further, as shown in FIG. 8, as the gas supply device according to the second embodiment, each
また図8に示すようにガス吐出口40において、各ガス吐出口40の内面と軸線Lとのなす角度θ2が大きくなると、ガス吐出口40の下流側端部の内径を大きくするか、ガス吐出口40の上流側端部から下流側端部までの高さ寸法を低くする必要がある。ガス吐出口40の下流側端部の内径が大きくなると、ガス供給部3の処理空間側の面に設けられるガス吐出口40の配列レイアウトや配列数の自由度が制限される。またガス吐出口40の上流側端部から下流側端部までの高さ寸法が低い場合には、吐出されるガスの流速が速くなり、ガス流路41が詰まりやすくなる。そのため各ガス吐出口40の内壁と軸線Lとのなす角度θ2は、70°以下であることが好ましく、ガス吐出口40の下流側の境界部Pbと、上流側の境界部Paとの間の水平距離S2は、1〜3mmであることが好ましい。
As shown in FIG. 8, in the
また後述の実施例に示すようにガス吐出口40の下流側端部と電極板32Bの下面300との境界部Pbを角部とした場合でも溶射膜6の膜厚は高い均一性を示すが、下流側端部と電極板32Bの処理空間側の面とを湾曲面で繋ぐことでガス吐出口40下流側端部においても溶射膜6の膜厚をより均一にすることができる。
また角部になると、局所的に電界が集中するために異常放電が発生したり、異常放電の影響で角部が削れてパーティクルの要因になるため、ガス吐出口40の下流側端部を湾曲させることにより異常放電やパーティクルの発生を抑制することができる。
In addition, as shown in the examples described later, the sprayed
Also, at the corner, abnormal electric discharge occurs due to local concentration of electric field, or the corner is scraped due to the influence of abnormal electric discharge and causes particles, so the downstream end of the
本発明の実施の形態の効果を検証するために以下の実施例1〜3及び比較例に係るガス供給部3に実施の形態に示す方法により、溶射膜6を成膜したときのガス吐出口40における溶射膜6の膜厚分布について調べた。
In order to verify the effect of the embodiment of the present invention, the gas discharge port when the sprayed
[実施例1]
図2に示すようにガス吐出口40を下流側ほど内径が広がるすり鉢状の斜面とし、ガス吐出口40とガス流路41との境界にて内周面に角部が形成されるように外側に向けて折曲し、ガス吐出口40の下流側端部は電極板32Bの下面300に湾曲面により繋がるように構成した。またガス吐出口40の内壁に沿った直線とガス流路41の軸線Lとのなす角度θ1を45°に設定した。さらに溶射材料50としてイットリアを用い実施の形態に示した溶射膜成膜方法によって溶射膜6を成膜した例を実施例1とした。
[実施例2]
ガス吐出口40を軸線Lを含む断面で見たときに上流側端部から下流側端部まで直線部分42のみとなる斜面で構成され、ガス吐出口40の上流側端部のガス流路41との間の境界部Pa及びガス吐出口40の下流側端部と電極板32Bの処理空間側の面との境界部Pbとが夫々第1の角部及び第2の角部となるように構成した。またガス吐出口40の内壁と、軸線Lとのなす角度θ2が45°になるように設定したことを除いて実施例1と同様に構成した例を実施例2とした。
[実施例3]
図8に示すようにガス吐出口40の内壁と、軸線Lとのなす角度θ2が70°になるように形成されたことを除いて実施例2と同様に構成した例を実施例3とした。
[比較例]
図9に示すようにガス吐出口40をガス流路41の軸線Lを含む断面で見たときに、上流側端部から下流側端部まで曲率半径1mmの寸法の曲線部分43となるように構成したことを除いて実施例1と同様に構成した例を比較例とした。
[Example 1]
As shown in FIG. 2, the
[Example 2]
When the
[Example 3]
An example configured as in Example 2 except that the angle θ2 formed by the inner wall of the
[Comparative example]
As shown in FIG. 9, when the
実施例1〜3及び比較例の各々のガス供給部3に形成したガス吐出口40において、溶射膜6の膜厚を測定した。
各例のガス吐出口40における溶射膜6の膜厚の測定地点について説明する。図10に示すように、まずガス吐出口40を軸線Lを通過する断面で見て、ガス吐出口40の上流側端部の境界部PAから軸線Lに垂直な方向に伸びる線と、ガス吐出口40の下流側端部の境界部Pbから軸線Lに平行な方向に伸びる線との交点を定めた。そしてその交点と溶射膜6の表面とを結ぶ直線と軸線Lに垂直な線とのなす角度が夫々90、75、60、45、30、15及び0°となる地点を夫々地点P1〜P7とした。実施例1〜実施例3及び比較例の各々のサンプルの断面をSEM(走査型電子顕微鏡)により撮影し、当該写真より各地点の膜厚を測定した。
The film thickness of the sprayed
The measurement point of the film thickness of the sprayed
表1はこの結果を示し、実施例1〜3及び比較例の各々における地点P1〜P7における溶射膜6の膜厚を各々の例におけるP1の膜厚を1として規格化した値で示している。
Table 1 shows this result, and shows the film thickness of the sprayed
[表1]
[Table 1]
表1に示すように比較例においては、地点P1〜P4では、溶射膜6の膜厚は、0.8以上であったが、地点P5で0.7、地点P6、P7では夫々0.4、0.2と膜厚が薄くなっていた。
また実施例1〜3においては、各々地点P1〜P6において、溶射膜6の膜厚は0.7以上を示しており、略0.8以上の値であった。また実施例1と実施例2とを比較すると、地点P2及び地点P3において実施例1は、実施例2よりも膜厚が厚くなっていることがわかる。
As shown in Table 1, in the comparative example, the film thickness of the sprayed
Moreover, in Examples 1-3, the film thickness of the sprayed
この結果によれば、比較例においては、ガス吐出口40の上流側において膜厚が薄くなりやすいが、実施例1〜3のガス供給部3は、ガス吐出口40に被覆された溶射膜の膜厚が均一になっていると言える。またガス吐出口40の内面と、ガス流路41の軸線Lとのなす角度をθ2を45°以上に構成することで溶射膜6の膜厚の均一性が高まると言える。さらにガス吐出口40の斜面を、ガス流路41の軸線を含む断面で見たときに、上流側端部から下流側に向かう直線部分42に加えて、ガス吐出口40の下流側と電極板32Bの一面側までを湾曲面として形成することで、よりガス吐出口40の下流側端部付近の溶射膜6の膜厚の均一性も良好になると言える。
According to this result, in the comparative example, the film thickness tends to be thin on the upstream side of the
2 サセプタ
5 溶射部
6 溶射膜
10 処理容器
21 下部電極
30 シャワーヘッド
32B 電極板
40 開口部
42 直線部分
43 曲線部分
50 溶射材料
G ガラス基板
2 Susceptor 5
Claims (5)
前記電極部材に当該電極部材の一面に向かって伸びるように形成された複数のガス流路と、
前記ガス流路の下流端に連続して形成され、孔径が前記一面に向かって拡大するガス吐出口と、
前記ガス吐出口の表面に溶射膜により形成された保護膜と、を備え、
前記ガス流路と前記ガス吐出口との境界にて内周面を外側に向けて折曲して角部を形成すると共に、前記角部よりも外側に位置する内周面の部位から前記電極部材の一面側の表面までを湾曲面として形成し、前記ガス流路の軸線に沿った断面で見たときに、前記角部から前記湾曲面の内端までの間は直線であることを特徴とするガス供給装置。 An electrode member for generating plasma;
A plurality of gas flow paths formed on the electrode member so as to extend toward one surface of the electrode member;
A gas discharge port formed continuously at the downstream end of the gas flow path and having a hole diameter expanding toward the one surface;
A protective film formed of a sprayed film on the surface of the gas discharge port,
The inner peripheral surface is bent outward at the boundary between the gas flow path and the gas discharge port to form a corner portion, and the electrode is formed from a portion of the inner peripheral surface located outside the corner portion. A surface up to one surface side of the member is formed as a curved surface, and when viewed in a section along the axis of the gas flow path, a straight line extends from the corner to the inner end of the curved surface. Gas supply device.
前記電極部材に当該電極部材の一面に向かって伸びるように形成された複数のガス流路と、
前記ガス流路の下流端に連続して形成され、孔径が前記一面に向かって拡大するガス吐出口と、
前記ガス吐出口の表面に溶射膜により形成された保護膜と、を備え、
前記ガス流路と前記ガス吐出口との境界にて内周面を外側に向けて折曲して角部を形成すると共に、前記ガス流路の軸線に沿った断面で見たときに、前記角部から、前記ガス吐出口の外端に至るまでの内周面は直線であり、当該直線と前記ガス流路の軸線とがなす角度θ2は、45度から70度の範囲に設定されていることを特徴とするガス供給装置。 An electrode member for generating plasma;
A plurality of gas flow paths formed on the electrode member so as to extend toward one surface of the electrode member;
A gas discharge port formed continuously at the downstream end of the gas flow path and having a hole diameter expanding toward the one surface;
A protective film formed of a sprayed film on the surface of the gas discharge port,
When the inner circumferential surface is bent outward at the boundary between the gas flow path and the gas discharge port to form a corner, and when viewed in a cross section along the axis of the gas flow path, The inner peripheral surface from the corner to the outer end of the gas discharge port is a straight line, and the angle θ2 formed by the straight line and the axis of the gas flow path is set in a range of 45 degrees to 70 degrees. A gas supply device characterized by comprising:
前記処理容器内に設けられた基板を載置する載置台と、
前記処理容器内にプラズマ処理用の処理ガスを供給する請求項1ないし3のいずれか一項に記載のガス供給装置と、
前記載置台と電極部材との間に高周波電力を供給する高周波電源部と、
処理容器内を真空排気をするための排気機構と、を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 A processing vessel for generating plasma inside,
A mounting table for mounting a substrate provided in the processing container;
The gas supply device according to any one of claims 1 to 3, wherein a processing gas for plasma processing is supplied into the processing container.
A high-frequency power supply for supplying high-frequency power between the mounting table and the electrode member;
A plasma processing apparatus comprising: an exhaust mechanism for evacuating the inside of the processing container.
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