JP2023116233A - Device for performing plasma treatment and method for performing plasma treatment - Google Patents

Device for performing plasma treatment and method for performing plasma treatment Download PDF

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Abstract

To provide a technique of performing a plasma treatment by supplying a low-energy charged particle, neutral particle or radical to a substrate from the plasmatized treatment gas.SOLUTION: When performing a plasma treatment by supplying plasmatized treatment gas to a substrate on a placement table provided in a processing container, a plurality of plasma formation spaces which are cylindrical spaces formed between tubular wall surfaces arranged so as to be opposed to each other in a double tube shape and each have a plasma formation mechanism for plasmatizing the treatment gas are formed on the upper side of the placement table. A treatment gas supply unit supplies the treatment gas along the axial direction of the plasma formation spaces. A ring-shaped regulation member regulates the flow such that the flow direction of the treatment gas flowing out from each plasma formation space heads in the radial direction of the plasma formation space, and forms a throttling passage having a smaller area than the plasma formation space between a member constituting the one side of the tubular wall surface and itself.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本開示は、プラズマ処理を行う装置、及びプラズマ処理を行う方法に関する。 The present disclosure relates to an apparatus for performing plasma processing and a method for performing plasma processing.

半導体デバイスの製造工程にて半導体ウエハ(以下、「ウエハ」と記載する)に成膜を行う処理として、CVD(Chemical Vapor Deposition)法や、ALD(Atomic Layer Deposition)法が知られている。これらの成膜処理では、膜原料を含む原料ガス、原料ガスの酸化や還元を行う反応ガスなど(以下、これらをまとめて「成膜ガス」ともいう)が用いられる。 CVD (Chemical Vapor Deposition) and ALD (Atomic Layer Deposition) are known as processes for forming films on semiconductor wafers (hereinafter referred to as "wafers") in the manufacturing process of semiconductor devices. In these film formation processes, source gases containing film materials, reaction gases for oxidizing and reducing the source gases, and the like (hereinafter collectively referred to as "film formation gases") are used.

成膜処理においては、成膜ガスをプラズマ化することにより得られた反応性の高い活性種を利用する場合がある。
例えば特許文献1には、支持台に支持された基板と対向するように突出形成された複数個の円筒状金属電極(アノード)内の中央に、針状金属電極(カソード)を配置したプラズマCVD装置が記載されている。このプラズマCVD装置は、円筒状金属電極内に原料ガスを導入し、円筒状金属電極と針状金属電極との間にグロー放電を形成することにより、ラジカルやイオンを得る。
In a film forming process, highly reactive active species obtained by plasmatizing a film forming gas may be used.
For example, Patent Document 1 discloses plasma CVD in which needle-shaped metal electrodes (cathode) are arranged in the center of a plurality of cylindrical metal electrodes (anode) protruding so as to face a substrate supported by a support table. A device is described. This plasma CVD apparatus obtains radicals and ions by introducing a raw material gas into a cylindrical metal electrode and forming a glow discharge between the cylindrical metal electrode and the needle-like metal electrode.

また、特許文献2には、マイクロ波プラズマにより発生させる空間とサセプタに載置されたウエハとの間に、複数の貫通孔が形成されたプレートを2枚重ねで配置した技術が記載されている。上下のプレートの貫通孔が重ならないように貫通孔の形成位置をずらすことにより、プラズマ中のイオンを遮断して、水素ラジカルを選択的に通過させる構成となっている。
なお、成膜処理以外に、エッチング処理や改質処理などにおいても、プラズマ化したガス中の活性種を利用した処理が行われる。
Further, Patent Document 2 describes a technique in which two plates each having a plurality of through-holes are arranged in a stack between a space generated by microwave plasma and a wafer mounted on a susceptor. . By shifting the formation positions of the through-holes so that the through-holes of the upper and lower plates do not overlap each other, ions in the plasma are blocked and hydrogen radicals are selectively passed through.
In addition to the film forming process, etching process, modification process, and the like are also performed using active species in plasma gas.

特開昭60-262972号公報JP-A-60-262972 特開2006-86449号公報JP 2006-86449 A

本開示は、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを供給してプラズマ処理を行う技術を提供する。 The present disclosure provides a technique of performing plasma processing by supplying low-energy charged particles, neutral particles, or radicals to a substrate from a plasmatized processing gas.

本開示は、処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、
筒状である前記プラズマ形成空間内の軸方向に沿って前記処理ガスが流れるように、当該処理ガスの流れの上流側の位置に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れの方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように前記流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を備えた、装置である。
The present disclosure is an apparatus for performing plasma processing by supplying a plasmatized processing gas to a substrate in a processing container,
a mounting table provided in the processing container for mounting the substrate;
A cylindrical space provided above the mounting table and formed between tubular wall surfaces facing each other in a double tubular shape, the plasma forming mechanism for plasmatizing the processing gas. A plurality of plasma formation spaces with
a processing gas supply unit for supplying the processing gas to a position on the upstream side of the flow of the processing gas so that the processing gas flows along the axial direction in the cylindrical plasma forming space;
It is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma forming spaces, and regulates the flow of the processing gas so that the direction of flow of the processing gas is directed in the radial direction of the cylindrical plasma forming space, and and a ring-shaped regulating member that forms a throttle channel having a channel area smaller than that of the plasma forming space between itself and a member forming one side of the tubular wall surface.

本開示によれば、プラズマ化した処理ガスから、基板に対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを供給してプラズマ処理を行うことができる。 According to the present disclosure, plasma processing can be performed by supplying low-energy charged particles, neutral particles, or radicals to a substrate from a plasmatized processing gas.

本開示に係るガス供給機構を備えた成膜装置構成例である。It is a configuration example of a film forming apparatus provided with a gas supply mechanism according to the present disclosure. 第1実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。It is a longitudinal side view of a gas supply mechanism concerning a 1st embodiment. 第1実施形態に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。2 is an enlarged longitudinal sectional view of the gas supply mechanism according to the first embodiment; FIG. 第1実施形態に係るガス供給機構を上面または下面側から見た平面図である。FIG. 2 is a plan view of the gas supply mechanism according to the first embodiment, viewed from the top or bottom side; 変形例に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。It is an enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a modification. 第2実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。It is a vertical side view of the gas supply mechanism which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係るガス供給機構の第1の拡大縦断面図である。FIG. 11 is a first enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a second embodiment; 第2実施形態に係るガス供給機構の第2の拡大縦断面図である。FIG. 11 is a second enlarged longitudinal sectional view of the gas supply mechanism according to the second embodiment; 第2実施形態に係るガス供給機構の一部破断平面図である。FIG. 8 is a partially broken plan view of a gas supply mechanism according to a second embodiment; 第3実施形態に係るガス供給機構のマイクロ波供給機構の構成例である。It is a structural example of the microwave supply mechanism of the gas supply mechanism which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。It is a longitudinal side view of the gas supply mechanism which concerns on 3rd Embodiment. 第3実施形態に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。FIG. 11 is an enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a third embodiment; 第4実施形態に係るガス供給機構の縦断側面図である。It is a longitudinal side view of the gas supply mechanism which concerns on 4th Embodiment. 第4実施形態に係るガス供給機構の第1の拡大縦断面図である。FIG. 11 is a first enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a fourth embodiment; 第4実施形態に係るガス供給機構の第2の拡大縦断面図である。FIG. 11 is a second enlarged longitudinal sectional view of the gas supply mechanism according to the fourth embodiment; 第5実施形態に係るガス供給機構の拡大縦断面図である。FIG. 11 is an enlarged vertical cross-sectional view of a gas supply mechanism according to a fifth embodiment; 第5実施形態に係るガス供給機構の平面図である。FIG. 11 is a plan view of a gas supply mechanism according to a fifth embodiment; 第5実施形態に係るガス供給機構に設けられた磁石の作用説明図である。FIG. 11 is an explanatory view of the operation of magnets provided in the gas supply mechanism according to the fifth embodiment;

<成膜装置>
初めに、本開示に係る「プラズマ処理を行う装置」の一実施形態である成膜装置1の全体構成例について、図1を参照しながら説明する。本例の成膜装置1は、処理ガスとして、膜原料を含む原料ガスや反応ガスなどの成膜ガスをウエハWに供給し、ウエハWの表面に所望の物質の膜を成膜するように構成されている。ウエハWに形成する膜に特段の限定はなく、絶縁膜を形成するための金属酸化膜や金属窒化膜であってもよいし、配線層を形成するための金属膜であってもよい。また、この成膜装置1は、後述する筒状のプラズマ形成空間7にて生成した成膜ガスのプラズマの流れを制御することより、低エネルギー粒子、中性粒子またはラジカルを高濃度で供給することが可能な構成となっている。
<Deposition equipment>
First, an example of the overall configuration of a film forming apparatus 1, which is an embodiment of the "apparatus for performing plasma processing" according to the present disclosure, will be described with reference to FIG. The film forming apparatus 1 of this embodiment supplies a film forming gas such as a raw material gas containing a film raw material or a reaction gas as a processing gas to the wafer W so as to form a film of a desired substance on the surface of the wafer W. It is configured. The film formed on the wafer W is not particularly limited, and may be a metal oxide film or a metal nitride film for forming an insulating film, or a metal film for forming a wiring layer. In addition, the film forming apparatus 1 supplies low-energy particles, neutral particles, or radicals at a high concentration by controlling the plasma flow of the film forming gas generated in the cylindrical plasma forming space 7, which will be described later. It has a configuration that allows

この成膜装置1は、ウエハWを収容して処理を行う処理容器11内に、金属化合物などの膜原料を含む原料ガスや反応ガスなどの成膜ガスを供給し、ウエハWの表面に所望の物質の膜を成膜するように構成されている。成膜を行う手法としては、成膜ガスを連続的に供給し、ウエハWの表面に膜物質を堆積させるCVD法であってもよい。また、原料ガスの供給と排気、反応ガスの供給と排気を交互に実施し、ウエハWへの原料ガスの吸着と、反応とを繰り返して、膜物質の薄膜を積層させるALD法であってもよい。 This film forming apparatus 1 supplies a film forming gas such as a raw material gas containing a film raw material such as a metal compound or a reaction gas into a processing container 11 in which wafers W are accommodated and processed. is configured to deposit a film of a substance of As a method for film formation, a CVD method in which a film substance is deposited on the surface of the wafer W by continuously supplying a film formation gas may be used. Further, even in the ALD method in which the source gas is supplied and exhausted, and the reactant gas is alternately supplied and exhausted, and the adsorption and reaction of the source gas to the wafer W are repeated to stack a thin film of a film material. good.

本例の処理容器11は扁平な円筒状の金属により構成され、接地されている。処理容器11の側壁には、ウエハWの搬入出を行うための搬入出口12と、この搬入出口12を開閉するゲートバルブ13とが設けられている。搬入出口12よりも上部側には、平面視、円環状に構成された排気ダクト14が設けられている。排気ダクト14の内周面には、周方向に沿って伸びるスリット状の排気口141が形成されている。排気ダクト14の側壁面には開口部15が形成され、この開口部15を介して排気管16の一端が接続されている。この排気管16の他端には、圧力調節機構や真空ポンプを含む排気機構17が接続されている。 The processing container 11 of this example is made of a flat cylindrical metal and is grounded. A side wall of the processing container 11 is provided with a loading/unloading port 12 for loading/unloading the wafer W and a gate valve 13 for opening/closing the loading/unloading port 12 . Above the loading/unloading port 12, an exhaust duct 14 having an annular shape in a plan view is provided. A slit-shaped exhaust port 141 extending along the circumferential direction is formed on the inner peripheral surface of the exhaust duct 14 . An opening 15 is formed in the side wall surface of the exhaust duct 14 , and one end of an exhaust pipe 16 is connected through the opening 15 . An exhaust mechanism 17 including a pressure control mechanism and a vacuum pump is connected to the other end of the exhaust pipe 16 .

処理容器11内にはウエハWを水平に載置するための載置台31が設けられている。載置台31の内部には、ウエハWを加熱するためのヒーター311が設けられている。載置台31の下面側中央部には、処理容器11の底部を貫通し、上下方向に伸びる棒状の支持部材34の上端部が接続されている。支持部材34の下端部には昇降機構35が接続され、この昇降機構35によって載置台31は、図1に一点鎖線で示す下方側の位置と、同図に実線で示す上方側の位置との間を昇降移動することができる。下方側の位置は、搬入出口12から処理容器11内に進入するウエハWの搬送機構(不図示)との間で当該ウエハWの受け渡しを行うための受け渡し位置である。また、上方側の位置は、ウエハWに対する成膜処理が行われる処理位置である。 A mounting table 31 for horizontally mounting the wafer W is provided in the processing container 11 . A heater 311 for heating the wafer W is provided inside the mounting table 31 . An upper end portion of a rod-shaped support member 34 extending vertically through the bottom portion of the processing container 11 is connected to the central portion of the lower surface of the mounting table 31 . An elevating mechanism 35 is connected to the lower end of the support member 34, and the elevating mechanism 35 moves the mounting table 31 between the lower position indicated by the dashed line in FIG. 1 and the upper position indicated by the solid line in FIG. You can move up and down between them. The lower position is a transfer position for transferring the wafer W to and from a transfer mechanism (not shown) for the wafer W entering the processing chamber 11 through the loading/unloading port 12 . Further, the position on the upper side is the processing position where the film formation processing for the wafer W is performed.

また載置台31の下方側には、昇降機構381によって昇降自在に構成された複数本の支持ピン38が配置されている。載置台31を受け渡し位置に位置させたとき、支持ピン38を昇降させると、載置台31に設けられた貫通孔39を介して支持ピン38が載置台31の上面から突没する。この動作により、載置台31と搬送機構との間でウエハWの受け渡しを行うことができる。 Further, a plurality of support pins 38 configured to be vertically movable by a lifting mechanism 381 are arranged on the lower side of the mounting table 31 . When the support pin 38 is moved up and down when the mounting table 31 is positioned at the transfer position, the support pin 38 protrudes from the upper surface of the mounting table 31 through the through hole 39 provided in the mounting table 31 . By this operation, the wafer W can be transferred between the mounting table 31 and the transfer mechanism.

<ガス供給系4>
円環状に構成された排気ダクト14の内側、即ち、載置台31の上方側には、既述のプラズマ形成空間7を備えたガス供給機構2が設けられている。ガス供給機構2の詳細な構成については、図2以降にて説明するので、当該ガス供給機構2に向けて各種成膜ガスを供給するガス供給系4の構成例について先に説明しておく。
<Gas supply system 4>
Inside the exhaust duct 14 formed in an annular shape, that is, on the upper side of the mounting table 31, the gas supply mechanism 2 having the plasma forming space 7 described above is provided. Since the detailed configuration of the gas supply mechanism 2 will be described with reference to FIG. 2 and later, an example configuration of the gas supply system 4 that supplies various film-forming gases to the gas supply mechanism 2 will be described first.

本例のガス供給系4は、ウエハWに形成される膜の膜物質の原料となるプリカーサ(膜原料)を含む原料ガスを供給する原料ガス供給部41と、プリカーサと反応して膜物質を得るための反応ガスを供給する反応ガス供給部42と、成膜ガス(後述の例では反応ガス)のプラズマ化を補助するために添加される、アルゴンガスなどの補助ガスを供給する補助ガス供給部43とを備える。膜物質として、チタンを含む膜を形成する場合には、TiClを含む原料ガスを用いる場合を例示できる。反応ガスとしては、酸化膜を形成する場合の酸素ガスやオゾンガス、窒化膜を形成する場合のアンモニアガス、プリカーサを還元して金属膜を形成する場合の還元ガスである水素ガスなどを例示することができる。 The gas supply system 4 of this example includes a source gas supply unit 41 that supplies a source gas containing a precursor (film source) that is a source of the film substance of the film to be formed on the wafer W, and a source gas supply unit 41 that reacts with the precursor to produce a film substance. A reactive gas supply unit 42 for supplying a reactive gas for obtaining a portion 43; When forming a film containing titanium as a film substance, a case of using a raw material gas containing TiCl 4 can be exemplified. Examples of the reaction gas include oxygen gas and ozone gas when forming an oxide film, ammonia gas when forming a nitride film, and hydrogen gas which is a reducing gas when forming a metal film by reducing a precursor. can be done.

原料ガス供給部41には、原料ガス供給ライン412の一端が接続され、この原料ガス供給ライン412には、上流側から順に、流量調節部411及びバルブV1が介設されている。また反応ガス供給部42には反応ガス供給ライン422の一端が接続され、この反応ガス供給ライン422には、上流側から順に、流量調節部421及びバルブV2が介設されている。また、例えばALDにより成膜を行う場合には、短時間に十分な量の原料ガスや反応ガスを供給するため、バルブV1、V2の上流側に、各ガスの貯留タンク413、423を設けてもよい。 One end of a source gas supply line 412 is connected to the source gas supply unit 41, and a flow rate control unit 411 and a valve V1 are interposed in this source gas supply line 412 in order from the upstream side. One end of a reaction gas supply line 422 is connected to the reaction gas supply part 42, and a flow control part 421 and a valve V2 are interposed in this reaction gas supply line 422 in order from the upstream side. Further, when film formation is performed by ALD, for example, storage tanks 413 and 423 for respective gases are provided upstream of the valves V1 and V2 in order to supply a sufficient amount of raw material gas and reaction gas in a short time. good too.

さらにまた補助ガス供給部43には補助ガス供給ライン432の一端が接続され、この補助ガス供給ライン432には、上流側から順に、流量調節部431及びバルブV3が介設されている。
なお、ガス供給系4の構成は、この例に限定されるものではなく、例えば各ガス供給ライン412、422、432に対し、処理容器11からの成膜ガスの排出を促進するパージガスを供給するためのパージガス供給ラインを合流させてもよい。パージガスとしては、アルゴンガスや窒素ガスなどの不活性ガスを例示することができる。
Further, one end of an auxiliary gas supply line 432 is connected to the auxiliary gas supply section 43, and a flow control section 431 and a valve V3 are interposed in this auxiliary gas supply line 432 in order from the upstream side.
Note that the configuration of the gas supply system 4 is not limited to this example. may be joined together. Examples of the purge gas include inert gases such as argon gas and nitrogen gas.

各ガス供給ライン412、422、432の他端部は、ガス供給機構2に設けられた接続ポート部21に接続されている。接続ポート部21の具体的な構成は、図2以降のガス供給機構2の説明と共に行うので、図1にはガス供給ライン412、422、432が接続される領域を包括的に表示してある。
また、ガス供給機構2には、プラズマ形成用の高周波電力を印加する高周波電源52が整合器51を介して接続され、さらに接地端が接続されている。高周波電源52、接地端の接続状態などに係る構成についても図2以降のガス供給機構2の説明にて行う。
The other end of each gas supply line 412 , 422 , 432 is connected to the connection port 21 provided in the gas supply mechanism 2 . Since the specific configuration of the connection port portion 21 will be described together with the explanation of the gas supply mechanism 2 after FIG. 2, FIG. .
The gas supply mechanism 2 is also connected to a high-frequency power supply 52 for applying high-frequency power for forming plasma through a matching box 51, and further connected to a ground terminal. The configuration related to the high-frequency power supply 52, the connection state of the ground terminal, etc. will also be explained in the explanation of the gas supply mechanism 2 after FIG.

<第1実施形態のガス供給機構2>
次いで、成膜ガスをプラズマ化し、載置台31に載置されたウエハWに向けて、プラズマに含まれる活性種を供給するガス供給機構2の構成例(第1実施形態)について、図2~図4を参照しながら説明する。
<Gas supply mechanism 2 of the first embodiment>
Next, a configuration example (first embodiment) of the gas supply mechanism 2 that converts the film-forming gas into plasma and supplies active species contained in the plasma toward the wafer W mounted on the mounting table 31 is shown in FIGS. Description will be made with reference to FIG.

本例のガス供給機構2は、筒状、例えば円筒状の空間であるプラズマ形成空間7内にて、反応ガス供給部42から供給される反応ガスを含む成膜ガスの容量結合プラズマを発生させる。そしてプラズマに含まれる活性種をウエハWに向けて供給する構成となっている。このとき、ガス供給機構2は、プラズマに含まれる高エネルギーの荷電粒子(イオン)を除去し、低エネルギーの荷電粒子、中性粒子またはラジカルの含有濃度を上昇させた状態で活性種を供給する。この結果、ウエハWに対するダメージの少ない成膜処理を行うことができる。 The gas supply mechanism 2 of this example generates capacitively coupled plasma of the film formation gas containing the reaction gas supplied from the reaction gas supply section 42 in the plasma formation space 7 which is a cylindrical space, for example, a cylindrical space. . Then, the active species contained in the plasma are supplied toward the wafer W. As shown in FIG. At this time, the gas supply mechanism 2 removes high-energy charged particles (ions) contained in the plasma and supplies active species in a state in which the concentration of low-energy charged particles, neutral particles, or radicals is increased. . As a result, the film formation process with less damage to the wafer W can be performed.

図2は、本例のガス供給機構2の一部破断側面図を示し、図3はその拡大縦断面図を示している。また、図4(a)はガス供給機構2を上面側から見た平面図、図4(b)は、ガス供給機構2を下面側から見た平面図を示している。
図2に示すように、ガス供給機構2には、複数のプラズマ形成空間7が互いに横方向に隣り合うように配置されている。また、これらのプラズマ形成空間7が配置された領域の下面側には、載置台31上のウエハWへ向けて各種の成膜ガスを分散供給するためのガスシャワーヘッド部(以下、単に「シャワーヘッド部」と記載する)22が設けられている。各プラズマ形成空間7の構成は互いに共通するので、図3を参照しながらプラズマ形成空間7の構成例について詳細に説明する。
FIG. 2 shows a partially broken side view of the gas supply mechanism 2 of this example, and FIG. 3 shows an enlarged longitudinal sectional view thereof. 4(a) is a plan view of the gas supply mechanism 2 viewed from above, and FIG. 4(b) is a plan view of the gas supply mechanism 2 viewed from below.
As shown in FIG. 2, in the gas supply mechanism 2, a plurality of plasma forming spaces 7 are arranged laterally adjacent to each other. A gas shower head (hereinafter simply referred to as "shower ) 22 is provided. Since the configuration of each plasma forming space 7 is common to each other, a configuration example of the plasma forming space 7 will be described in detail with reference to FIG.

図3に示すように、ガス供給機構2には、誘電体部材からなる誘電体板601の下面側に、外側セル643と内側セル63とを入れ子状に配置した構成となっている。外側セル643及び内側セル63は、各々、円筒状の誘電体部材により構成され、外側セル643の内径が、内側セル63の外径よりも大きくなっている。 As shown in FIG. 3, the gas supply mechanism 2 has a configuration in which an outer cell 643 and an inner cell 63 are nested on the lower surface side of a dielectric plate 601 made of a dielectric member. The outer cell 643 and the inner cell 63 are each composed of a cylindrical dielectric member, and the inner diameter of the outer cell 643 is larger than the outer diameter of the inner cell 63 .

これら外側セル643及び内側セル63は、中心軸の位置を揃えて、当該中心軸が上下方向を向くように、誘電体板601の下面に接続されている。なお各誘電体部材は例えば石英により構成される(以下、特に言及がない限り同じ)。
上述の構成により、いずれも誘電体部材により構成された、内側セル63の外周側の壁面(管状壁面)と、外側セル643の内周側の壁面(管状壁面)とが二重管状に配置され、これらの壁面の間に、円筒状のプラズマ形成空間7が形成される。なお、図4(a)には、内側セル63及び外側セル643の壁面の位置を破線で示してある。
The outer cell 643 and the inner cell 63 are connected to the lower surface of the dielectric plate 601 such that the center axes are aligned and directed vertically. Each dielectric member is made of, for example, quartz (hereinafter the same unless otherwise specified).
With the above-described configuration, the wall surface (tubular wall surface) on the outer peripheral side of the inner cell 63 and the wall surface (tubular wall surface) on the inner peripheral side of the outer cell 643, both of which are made of a dielectric material, are arranged in a double tubular shape. , a cylindrical plasma forming space 7 is formed between these wall surfaces. In addition, in FIG. 4A, the positions of the wall surfaces of the inner cell 63 and the outer cell 643 are indicated by broken lines.

内側セル63の内部には、筒状に形成された金属からなる電極612が設けられている。電極612に対しては、上面側に設けられた金属板を貫通するように、棒ネジ状の電極端子611が挿入されている。電極端子611の上端部には、整合器51を介して高周波電源52が接続されている。 Inside the inner cell 63, an electrode 612 made of metal and formed in a cylindrical shape is provided. A screw-shaped electrode terminal 611 is inserted into the electrode 612 so as to pass through a metal plate provided on the upper surface side. A high frequency power supply 52 is connected to the upper end of the electrode terminal 611 via a matching box 51 .

また電極端子611の上部側部分は、誘電体板601に取り付けられた誘電体部材からなる上部ナット621により保持されている。この上部ナット621の下端部は、誘電体板601の下面から突出し、内側セル63内に挿入されている。 An upper portion of the electrode terminal 611 is held by an upper nut 621 made of a dielectric member attached to the dielectric plate 601 . The lower end of the upper nut 621 protrudes from the lower surface of the dielectric plate 601 and is inserted inside the inner cell 63 .

さらに内側セル63の下面側からは、筒状の電極612内に嵌合するように、誘電体部材からなる下部ナット622が挿入されている。下部ナット622の上面には開口が形成され、当該開口内に電極端子611の下端部が挿入されている。また、下部ナット622の下端部にはフランジが形成され、当該フランジによって内側セル63の下面側の開口が塞がれている。 Furthermore, a lower nut 622 made of a dielectric member is inserted from the lower surface side of the inner cell 63 so as to fit inside the cylindrical electrode 612 . An opening is formed in the upper surface of the lower nut 622, and the lower end of the electrode terminal 611 is inserted into the opening. A flange is formed at the lower end of the lower nut 622 and closes the opening of the inner cell 63 on the lower surface side.

一方、外側セル643には、上面側へ向けて開口する溝が、周方向に沿って形成されている。この溝には、後述する原料ガス流路65が貫通している位置を除いて、概略筒状に形成された金属からなる電極642が挿入されている。電極642に対しては、棒ネジ状の電極端子641が挿入されている。電極端子641の上端部には、接地端が接続されている。 On the other hand, in the outer cell 643, a groove that opens toward the upper surface side is formed along the circumferential direction. An electrode 642 made of metal and having a substantially cylindrical shape is inserted into the groove except for a position through which a source gas flow path 65 (to be described later) penetrates. A screw-shaped electrode terminal 641 is inserted into the electrode 642 . A ground end is connected to the upper end of the electrode terminal 641 .

以上に説明した構成により、プラズマ形成空間7を形成する内側セル63、外側セル643の内側に各々配置された電極612、642が対向電極となる。そして、高周波電源52より、カソード電極である電極612に高周波電力を供給すると、接地されたアノード電極である電極642との間のプラズマ形成空間7内に容量結合が形成される。 With the above-described configuration, the electrodes 612 and 642 arranged inside the inner cell 63 and the outer cell 643 forming the plasma forming space 7 serve as opposing electrodes. When high-frequency power is supplied from the high-frequency power supply 52 to the electrode 612, which is the cathode electrode, capacitive coupling is formed in the plasma forming space 7 between the electrode 642, which is the grounded anode electrode.

次いで、容量結合が形成されるプラズマ形成空間7に成膜ガスを供給する構成について説明する。本例のガス供給機構2においては、反応ガス、及び反応ガスのプラズマ化を補助する補助ガスがプラズマ形成空間7内に供給される例を示す。
図3に示すように、誘電体板601の上面側には、反応ガスを供給する反応ガス供給ライン422に接続される接続ポート211、及び補助ガスを供給する補助ガス供給ライン432に接続される接続ポート212が設けられている。接続ポート211、212は、各々、誘電体板601を上下方向に貫通する反応ガス流路671、補助ガス流路672に接続されている。誘電体板601の上面には、複数の接続ポート211、212が設けられており、反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432の下流側の端部は分岐して、各々の接続ポート211、212に接続されている。
図1に示す接続ポート部21は、上述した反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432との接続ポート211、212、及び、後述する原料ガス供給ライン412との接続ポート213を包括表示したものである。
Next, a configuration for supplying the film forming gas to the plasma forming space 7 where capacitive coupling is formed will be described. In the gas supply mechanism 2 of the present embodiment, an example is shown in which the reaction gas and the auxiliary gas that assists the conversion of the reaction gas into plasma are supplied into the plasma forming space 7 .
As shown in FIG. 3, the upper surface of the dielectric plate 601 is connected to a connection port 211 connected to a reaction gas supply line 422 for supplying a reaction gas, and an auxiliary gas supply line 432 for supplying an auxiliary gas. A connection port 212 is provided. The connection ports 211 and 212 are connected to a reactant gas flow path 671 and an auxiliary gas flow path 672 that penetrate the dielectric plate 601 in the vertical direction, respectively. A plurality of connection ports 211 and 212 are provided on the upper surface of the dielectric plate 601, and the downstream ends of the reactive gas supply line 422 and the auxiliary gas supply line 432 are branched to form the connection ports 211 and 212, respectively. 212.
The connection port portion 21 shown in FIG. 1 comprehensively displays the connection ports 211 and 212 with the reaction gas supply line 422 and the auxiliary gas supply line 432 described above, and the connection port 213 with the source gas supply line 412 described later. is.

一方、誘電体板601の下面側に設けられた内側セル63の上端部には、内側セル63の本体よりも径の大きなフランジ部631が設けられている。既述の反応ガス流路671、補助ガス流路672の下端部は、このフランジ部631の上面へ向けて開口している。さらに反応ガス流路671、補助ガス流路672の開口位置よりも、径方向外方側の領域では、フランジ部631の上面と誘電体板601の下面との間に隙間が形成されている。この隙間を導入流路72として、反応ガス供給ライン422から供給された反応ガス、及び補助ガス供給ライン432から供給された補助ガスが、プラズマ形成空間7内に流れ込む。 On the other hand, a flange portion 631 having a larger diameter than the main body of the inner cell 63 is provided at the upper end portion of the inner cell 63 provided on the lower surface side of the dielectric plate 601 . The lower end portions of the reaction gas flow path 671 and the auxiliary gas flow path 672 are opened toward the upper surface of the flange portion 631 . Further, a gap is formed between the upper surface of the flange portion 631 and the lower surface of the dielectric plate 601 in a region radially outward of the opening positions of the reaction gas flow path 671 and the auxiliary gas flow path 672 . Using this gap as an introduction channel 72 , the reactive gas supplied from the reactive gas supply line 422 and the auxiliary gas supplied from the auxiliary gas supply line 432 flow into the plasma forming space 7 .

プラズマ形成空間7に流れ込んだ反応ガス及び補助ガスが混合されて形成される成膜ガスは、プラズマ形成空間7の上部側から下部側へ向けて軸方向に沿って流れると共に、電極612、642間の容量結合の作用によりプラズマ化される。
この観点で、反応ガス供給ライン422、補助ガス供給ライン432の上流側の各機器(反応ガス供給部42、補助ガス供給部43、流量調節部421、431など)や接続ポート211、212、反応ガス流路671、補助ガス流路672、導入流路72は、本例の処理ガス供給部に相当している。また、対向電極を構成する電極612、642や整合器51、高周波電源52は、成膜ガス(反応ガス、補助ガス)をプラズマ化するためにプラズマ形成空間7に併設されたプラズマ形成機構に相当する。
The film forming gas formed by mixing the reaction gas and the auxiliary gas that flowed into the plasma forming space 7 flows along the axial direction from the upper side to the lower side of the plasma forming space 7, and flows between the electrodes 612 and 642. plasma by the action of capacitive coupling.
From this point of view, each device on the upstream side of the reaction gas supply line 422 and the auxiliary gas supply line 432 (the reaction gas supply unit 42, the auxiliary gas supply unit 43, the flow control units 421 and 431, etc.), the connection ports 211 and 212, the reaction The gas flow path 671, the auxiliary gas flow path 672, and the introduction flow path 72 correspond to the processing gas supply section of this example. Further, the electrodes 612 and 642, the matching device 51, and the high-frequency power source 52, which constitute the counter electrode, correspond to a plasma forming mechanism provided in the plasma forming space 7 for converting the film forming gas (reactive gas, auxiliary gas) into plasma. do.

一方、成膜ガスが流れ出る位置であるプラズマ形成空間7の下端部には、プラズマ化した成膜ガスに含まれる高エネルギーの荷電粒子を除去するための規制部材が設けられている。本例の規制部材は、外側セル643の下端部から、内側セル63側へ向け、プラズマ形成空間7の径方向内側へ突出するように設けられたリング状の支持部661と、支持部661の内周縁部上に配置されたリング部材662とを備えている。支持部661やリング部材662は、誘電体部材により構成してもよいし、金属部材の表面を誘電体膜で被覆した構成としてもよい。これらの部材を構成し、または金属部材を被覆する誘電体は、二酸化ケイ素(石英)の他、酸化イットリアなどを例示することができる。 On the other hand, a regulating member for removing high-energy charged particles contained in the plasmatized film-forming gas is provided at the lower end of the plasma forming space 7 where the film-forming gas flows out. The regulating member of this example includes a ring-shaped support portion 661 provided so as to protrude radially inward of the plasma forming space 7 toward the inner cell 63 side from the lower end portion of the outer cell 643 , and the support portion 661 . and a ring member 662 disposed on the inner peripheral edge. The support portion 661 and the ring member 662 may be made of a dielectric member, or may be made of a metal member coated with a dielectric film. Examples of the dielectric that constitutes these members or coats the metal members include silicon dioxide (quartz), yttria oxide, and the like.

支持部661に支持されたリング部材662は、内側セル63及び下部ナット622の下方側に配置され、載置台31側から見て、内側セル63の下面全体、及び下部ナット622の下面の一部を覆うように設けられている。リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間には、隙間が形成されている。この隙間を絞り流路71として、プラズマ形成空間7から流れ出た成膜ガスが、当該絞り流路71及びリング部材662の中央部側の開口部73を介して下方側のシャワーヘッド部22へと流れ込む。なお、図示の便宜上、図2においては、導入流路72や絞り流路71の記載を省略してある。 The ring member 662 supported by the support portion 661 is arranged below the inner cell 63 and the lower nut 622, and when viewed from the mounting table 31 side, the entire lower surface of the inner cell 63 and part of the lower surface of the lower nut 622. is provided to cover the A gap is formed between the upper surface of the ring member 662 and the lower surfaces of the inner cell 63 and the lower nut 622 . Using this gap as a throttle channel 71, the film forming gas flowing out of the plasma forming space 7 flows through the throttle channel 71 and the central opening 73 of the ring member 662 into the shower head 22 on the lower side. flow in. For convenience of illustration, illustration of the introduction channel 72 and the throttle channel 71 is omitted in FIG.

これら支持部661及びリング部材662は、プラズマ形成空間7から成膜ガスが流出する位置に設けられ、プラズマ形成空間7の軸方向に沿った成膜ガスの流れの方向を、筒状のプラズマ形成空間7の径方向に向かうように規制する。また、リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間に形成される絞り流路71の流路面積(流れ方向と交差する流路の断面積)は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さくなっている。 The supporting portion 661 and the ring member 662 are provided at a position where the film forming gas flows out from the plasma forming space 7, and the flow direction of the film forming gas along the axial direction of the plasma forming space 7 is directed to the cylindrical plasma forming space. It regulates so that it may go to the radial direction of the space 7. - 特許庁In addition, the channel area (cross-sectional area of the channel crossing the flow direction) of the throttle channel 71 formed between the upper surface of the ring member 662 and the lower surface of the inner cell 63 and the lower nut 622 is the plasma forming space. The channel area is smaller than that of 7.

これら支持部661及びリング部材662は、本例の規制部材を構成している。また、内側セル63、下部ナット622は第1部材に相当し、第1部材の下方側へ向けて突出するように配置される規制部材(支持部661)の起点に位置する外側セル643は第2部材に相当する。
また上述のように、いずれも規制部材である支持部661とリング部材662とは別体として構成されている。このため、開口部73の開口径が異なるリング部材662に取り換えることにより、絞り流路71の流路長を変更することができる。
The support portion 661 and the ring member 662 constitute a regulating member of this example. In addition, the inner cell 63 and the lower nut 622 correspond to the first member, and the outer cell 643 located at the starting point of the regulating member (support portion 661) arranged to protrude downward from the first member is the first member. It corresponds to 2 members.
Further, as described above, the support portion 661 and the ring member 662, both of which are restricting members, are configured as separate members. Therefore, by replacing the ring member 662 with a ring member 662 having a different opening diameter of the opening 73, the channel length of the throttle channel 71 can be changed.

リング部材662の開口部73を介して成膜ガスが流れ出す位置には、シャワーヘッド部22が配置されている。シャワーヘッド部22内は、ガス供給機構2に複数、設けられているプラズマ形成空間7の各々に対応させて、プラズマ形成空間7から流出した成膜ガスを拡散させるための複数のガス拡散室222aに区画されている。ガス拡散室222aは、規制部材である支持部661、リング部材662の下方側に、ガス分散板221を配置することによって構成されている。ガス分散板221には、処理容器11へ向けて成膜ガスを供給するための多数のガス供給孔223が形成されている。図4(b)には、ガス拡散室222aが形成されている領域に対応させドットパターンを付すことにより、当該領域に多数のガス供給孔223が形成されている様子を模式的に示してある。図4(b)に示すように、各ガス拡散室222aは、平面形状が円形に形成されている。 The shower head section 22 is arranged at a position where the film forming gas flows out through the opening 73 of the ring member 662 . Inside the shower head part 22, a plurality of gas diffusion chambers 222a for diffusing the film forming gas flowing out from the plasma forming spaces 7 corresponding to the plurality of plasma forming spaces 7 provided in the gas supply mechanism 2 are provided. are divided into The gas diffusion chamber 222a is configured by arranging the gas diffusion plate 221 below the support portion 661 and the ring member 662, which are regulating members. The gas distribution plate 221 is formed with a large number of gas supply holes 223 for supplying the film forming gas toward the processing container 11 . FIG. 4(b) schematically shows a state in which a large number of gas supply holes 223 are formed in the area where the gas diffusion chamber 222a is formed by adding a dot pattern corresponding to the area. . As shown in FIG. 4B, each gas diffusion chamber 222a has a circular planar shape.

さらにガス供給機構2は、処理容器11内へ向けて、プリカーサを含む原料ガスを供給する機能を備えている。本例のガス供給機構2において、原料ガスは、プラズマ形成空間7を介さずに、プラズマ化していない「他の成膜ガス(処理ガス)」として処理容器11内に供給される。 Further, the gas supply mechanism 2 has a function of supplying the raw material gas containing the precursor into the processing container 11 . In the gas supply mechanism 2 of this example, the raw material gas is supplied into the processing container 11 without passing through the plasma forming space 7 as “another film forming gas (processing gas)” that is not plasmatized.

例えば図4(a)に示すように、誘電体板601の上面側には、円筒状に構成された外側セル643の上方側に位置するように接続ポート213が設けられている。誘電体板601の上面には、複数の接続ポート213が設けられており、原料ガスを供給する原料ガス供給ライン412の下流側の端部は分岐して、各々の接続ポート213に接続されている。図3に示すように、接続ポート213には、誘電体板601及び外側セル643を上下方向に貫通するように、金属製の配管部材からなる原料ガス流路65が設けられている。原料ガス流路65は、外側セル643内に配置された電極642と電気的に接続され、接地された状態となっている。 For example, as shown in FIG. 4A, the connection port 213 is provided on the upper surface side of the dielectric plate 601 so as to be positioned above the cylindrical outer cell 643 . A plurality of connection ports 213 are provided on the upper surface of the dielectric plate 601 , and the downstream end of the source gas supply line 412 for supplying the source gas is branched and connected to each of the connection ports 213 . there is As shown in FIG. 3, the connection port 213 is provided with a source gas flow path 65 made of a metal piping member so as to vertically penetrate the dielectric plate 601 and the outer cell 643 . The source gas flow path 65 is electrically connected to an electrode 642 arranged in the outer cell 643 and grounded.

原料ガス流路65の下端部は、既述のガス拡散室222aと区画して形成されたガス拡散室222bに接続されている。ガス拡散室222bは、平面形状が円形に形成された各ガス拡散室222aの周囲を囲むように、円環状に形成されている。ガス拡散室222bの下面側のガス分散板221についても、処理容器11へ向けて成膜ガスを供給するための多数のガス供給孔223が形成されている。図4(b)には、ガス拡散室222bが形成されている円環状の領域に対応させてドットパターンを付すことにより、当該領域に多数のガス供給孔223が形成されている様子を模式的に示してある。 A lower end portion of the source gas flow path 65 is connected to a gas diffusion chamber 222b formed by partitioning the gas diffusion chamber 222a described above. The gas diffusion chamber 222b is formed in an annular shape so as to surround each gas diffusion chamber 222a having a circular planar shape. A large number of gas supply holes 223 for supplying film forming gas toward the processing chamber 11 are also formed in the gas diffusion plate 221 on the lower surface side of the gas diffusion chamber 222b. FIG. 4(b) schematically shows a state in which a large number of gas supply holes 223 are formed in an annular region in which the gas diffusion chamber 222b is formed by adding a dot pattern corresponding to the region. shown in

本例のガス供給機構2には、図3を用いて説明したプラズマ形成空間7の関連構成(内側セル63、外側セル643、支持部661、リング部材662、ガス拡散室222aなど)を1ユニットとして、複数ユニット分のプラズマ形成空間7が設けられている。このとき、図2、図4(a)、(b)に示すように、プラズマ形成空間7を構成する各ユニットは、平面視円形状のガス供給機構2の面内にて、互いに隣り合うように充填配置されている。 In the gas supply mechanism 2 of this example, the related configuration (the inner cell 63, the outer cell 643, the supporting portion 661, the ring member 662, the gas diffusion chamber 222a, etc.) of the plasma forming space 7 explained with reference to FIG. A plasma forming space 7 for a plurality of units is provided as a unit. At this time, as shown in FIGS. 2, 4(a), and 4(b), the units constituting the plasma forming space 7 are adjacent to each other within the plane of the gas supply mechanism 2 which is circular in plan view. are placed in the filling.

<制御部100>
図1の説明に戻ると、成膜装置1は制御部100を備えている。制御部100は、プログラムを記憶した記憶部、メモリ、CPUを含むコンピュータにより構成される。プログラムは、制御部100から成膜装置1の各部に向けて制御信号を出力し、ウエハWの搬入出や成膜処理を実行するための命令(ステップ)が組まれている。プログラムは、コンピュータの記憶部、例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、MO(光磁気ディスク)、不揮発性メモリなどに格納され、この記憶部から読み出されて制御部100にインストールされる。
<Control unit 100>
Returning to the description of FIG. 1 , the film forming apparatus 1 includes a control section 100 . The control unit 100 is configured by a computer including a storage unit storing programs, a memory, and a CPU. The program includes commands (steps) for outputting a control signal from the control unit 100 to each unit of the film forming apparatus 1, carrying in/out the wafer W, and performing the film forming process. The program is stored in a storage unit of the computer, such as a flexible disk, compact disk, hard disk, MO (magneto-optical disk), non-volatile memory, etc., read out from this storage unit and installed in the control unit 100 .

<成膜処理>
次いで、以上に説明した構成を備える成膜装置1を用い、プラズマ処理として、ウエハWへの成膜処理を実行する動作について説明する。
外部の真空搬送室に処理対象のウエハWが搬送されてきたら、ゲートバルブ13を開き、搬入出口12を介して、ウエハWを保持した搬送機構(不図示)を処理容器11内に進入させる。そして、下方位置にて待機している載置台31に対し、支持ピン38を用いてウエハWの受け渡しを行う。
<Deposition process>
Next, the operation of performing the film forming process on the wafer W as the plasma process using the film forming apparatus 1 having the configuration described above will be described.
When the wafer W to be processed is transferred to the external vacuum transfer chamber, the gate valve 13 is opened, and the transfer mechanism (not shown) holding the wafer W enters the processing container 11 through the transfer port 12 . Then, the wafer W is transferred using the support pins 38 to the mounting table 31 waiting at the lower position.

しかる後、処理容器11から搬送機構を退出させ、ゲートバルブ13を閉じると共に、処理容器11内の圧力調節、ウエハWの温度調節を行う。次いで、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガス、補助ガスの供給を行うと共に、高周波電源52から電極612に高周波電力を印加し、電極642との間の容量結合により、プラズマ形成空間7に供給された成膜ガス(反応ガス、補助ガス)をプラズマ化する。なお、以下、作用に係る説明においては、説明の便宜上、反応ガスにのみ言及する場合があるが、プラズマ化する反応ガスには補助ガスも同時に供給されている。プラズマ化した反応ガスは、プラズマ形成空間7を通過し、ガス拡散室222aに流れ込んだ後、処理容器11内に供給される。
また、原料ガス流路65を介してガス拡散室222bに流れ込んだ原料ガスについても処理容器11内に供給される。
Thereafter, the transfer mechanism is withdrawn from the processing container 11, the gate valve 13 is closed, and the pressure inside the processing container 11 and the temperature of the wafer W are adjusted. Next, the reactive gas and the auxiliary gas are supplied toward each plasma forming space 7, and high frequency power is applied from the high frequency power supply 52 to the electrode 612, and supplied to the plasma forming space 7 by capacitive coupling with the electrode 642. The deposited film forming gas (reactive gas, auxiliary gas) is turned into plasma. In the following description of the operation, for convenience of explanation, only the reactive gas may be referred to, but the auxiliary gas is simultaneously supplied to the reactive gas to be plasmatized. The plasmatized reaction gas passes through the plasma forming space 7 and flows into the gas diffusion chamber 222a, and then is supplied into the processing container 11. FIG.
Further, the raw material gas that has flowed into the gas diffusion chamber 222 b through the raw material gas channel 65 is also supplied into the processing container 11 .

このとき、CVD法により成膜を行う場合は、プラズマ形成空間7を介した反応ガスの供給と、原料ガス流路65を介した原料ガスの供給とを並行して実施してもよい。
また、ALD法により成膜を行う場合には、例えば「原料ガス流路65を介した原料ガスの供給(ウエハWへのプリカーサの吸着)→プラズマ形成空間7及び原料ガス流路65を介したパージガスの供給→プラズマ形成空間7への反応ガスの供給(ウエハWに吸着したプリカーサとの反応)→プラズマ形成空間7及び原料ガス流路65を介したパージガスの供給」のサイクルが、所定回数繰り返される。この場合には、プラズマ形成空間7を介して供給されるガスのプラズマは、反応ガスの供給時にのみ形成される。
At this time, when the film is formed by the CVD method, the supply of the reactant gas through the plasma forming space 7 and the supply of the raw material gas through the raw material gas flow path 65 may be performed in parallel.
Further, when film formation is performed by the ALD method, for example, "supply of raw material gas through raw material gas flow path 65 (adsorption of precursor to wafer W) → supply of raw material gas through plasma forming space 7 and raw material gas flow path 65 The cycle of supply of purge gas→supply of reaction gas to plasma formation space 7 (reaction with precursor adsorbed on wafer W)→supply of purge gas through plasma formation space 7 and source gas flow path 65 is repeated a predetermined number of times. be In this case, the plasma of the gas supplied via the plasma forming space 7 is formed only when the reactant gas is supplied.

<規制部材の作用>
ここで、プラズマ形成空間7内における反応ガスのプラズマ化、及びプラズマ化した反応ガスの流れに対する規制部材(支持部661、リング部材662)の作用について説明する。
内側セル63の上部側の導入流路72からプラズマ形成空間7内に流れ込んだ反応ガスは、上部側から下部側へ向けてプラズマ形成空間7内を流下する。この際、電極612、642間の容量結合の作用により反応ガスがプラズマ化され、反応ガスの活性種(イオン、電子、ラジカル)が生成する。
<Action of regulating member>
Here, the action of the regulating members (the support portion 661 and the ring member 662) on the plasmatization of the reaction gas in the plasma forming space 7 and the flow of the plasmatized reaction gas will be described.
The reaction gas that has flowed into the plasma forming space 7 from the introduction channel 72 on the upper side of the inner cell 63 flows down in the plasma forming space 7 from the upper side toward the lower side. At this time, the reaction gas is turned into plasma by the action of capacitive coupling between the electrodes 612 and 642, and active species (ions, electrons, radicals) of the reaction gas are generated.

ここで、プラズマ形成空間7は、二重管状に対向して配置された内側セル63、外側セル643の管状壁面の間に形成された筒状の空間として構成されている。筒状のプラズマ形成空間7は、電極612、642間の離間距離が増大することを抑えつつ、限られた領域内に効率的にプラズマ形成空間7を配置することができる。このため、例えば同じ容積の円柱状の空間を挟んで電極612、642を配置し、容量結合プラズマを発生させる場合と比較して、反応ガスに対して効率的にエネルギーを供給し、活性種を生成することができる。 Here, the plasma forming space 7 is configured as a cylindrical space formed between the tubular wall surfaces of the inner cell 63 and the outer cell 643 which are arranged facing each other in a double tubular shape. The cylindrical plasma forming space 7 can efficiently arrange the plasma forming space 7 within a limited area while suppressing an increase in the separation distance between the electrodes 612 and 642 . For this reason, compared to the case where the electrodes 612 and 642 are arranged across a cylindrical space of the same volume, for example, to generate capacitively coupled plasma, energy can be efficiently supplied to the reaction gas, and active species can be generated. can be generated.

プラズマ形成空間7にて生成した活性種は、イオン、電子、ラジカル単独の状態でウエハWに供給され、ウエハW上やその近傍にて原料ガスと反応し、膜が形成される。 The active species generated in the plasma forming space 7 are supplied to the wafer W in the form of ions, electrons, and radicals alone, and react with the raw material gas on or near the wafer W to form a film.

一方で、プラズマ形成空間7にて生成した活性種の中には、比較的エネルギーの高いものが含まれる。例えば価数の大きいイオン(荷電粒子)が高密度でウエハWに供給されると、製造中のデバイス構造が電気的なダメージを受けてしまうおそれが生じる。また荷電粒子が、ウエハWの板面に向かう方向へ大きな運動エネルギーを持っている場合には、ウエハWに対する活性種の衝突に伴う物理的なダメージが大きくなる。 On the other hand, the active species generated in the plasma forming space 7 contain those with relatively high energy. For example, if ions (charged particles) with a high valence are supplied to the wafer W at a high density, the device structure being manufactured may be electrically damaged. Also, if the charged particles have a large kinetic energy in the direction toward the plate surface of the wafer W, the physical damage caused by the collision of the active species with the wafer W increases.

これらの点につき、プラズマ形成空間7から流出した反応ガスの活性種をそのままウエハWに供給すると、価数の大きなイオンが、大きな速度成分を持った状態でウエハWに供給され、電気的・物理的なダメージを与えてしまうおそれがある。
そこで、本例のガス供給機構2おいては、プラズマ形成空間7から反応ガスが流出する位置に、規制部材である支持部661、リング部材662を設けている。
With respect to these points, if the active species of the reaction gas flowing out from the plasma forming space 7 is supplied to the wafer W as it is, ions having a large valence are supplied to the wafer W in a state having a large velocity component. may cause serious damage.
Therefore, in the gas supply mechanism 2 of this example, the supporting portion 661 and the ring member 662, which are regulating members, are provided at positions where the reaction gas flows out from the plasma forming space 7 .

支持部661及びリング部材662がプラズマ形成空間7の出口位置に設けられていることにより、プラズマ形成空間7内における反応ガスのプラズマ化を阻害せず、十分な量の活性種を生成することができる。十分な量の活性種が得られた後、プラズマ形成空間7の径方向に向けて流れるように反応ガスの流れの方向を規制することにより、イオンが、大きな速度成分を持った状態のままウエハWに衝突することを避けることができる。 Since the supporting portion 661 and the ring member 662 are provided at the exit position of the plasma forming space 7, a sufficient amount of active species can be generated without hindering the plasma formation of the reaction gas in the plasma forming space 7. can. After obtaining a sufficient amount of active species, the direction of flow of the reactive gas is regulated so that the ions flow radially in the plasma forming space 7, so that the ions remain on the wafer while having a large velocity component. Collision with W can be avoided.

また、既述のように支持部661やリング部材662は、二酸化ケイ素(石英)などの誘電体部材により構成され、または金属部材が誘電体膜により被覆された構成となっている。誘電体部材は、ラジカルや中性粒子が接触しても、これらの活性種を失活させにくい特性を有している。 Further, as described above, the supporting portion 661 and the ring member 662 are made of a dielectric member such as silicon dioxide (quartz), or a metallic member coated with a dielectric film. A dielectric member has a characteristic that even if radicals or neutral particles come into contact with them, these active species are less likely to be deactivated.

一方、高エネルギーの荷電粒子(イオン)がプラズマ形成空間7の出口の支持部661やリング部材662の配置位置に到達すると、流れ方向が変化し、ウエハWに向かう速度成分が低下する。さらに、高エネルギー荷電粒子の一部は、支持部661やリング部材662に衝突して、その一部は、これらの部材661、662との接触により電荷が移動して失活する。 On the other hand, when the high-energy charged particles (ions) reach the arrangement positions of the supporting portion 661 and the ring member 662 at the exit of the plasma forming space 7, the flow direction changes and the velocity component toward the wafer W decreases. Further, some of the high-energy charged particles collide with the support portion 661 and the ring member 662, and contact with these members 661 and 662 causes charge transfer and deactivation.

さらに、リング部材662の上面と、内側セル63、下部ナット622の下面との間に形成される絞り流路71の流路面積は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さい絞り流路となっている。そして、既述のように内側セル63、下部ナット622についても誘電体部材により構成されているところ、絞り流路71を流れる荷電粒子がリング部材662、内側セル63、下部ナット622の表面と接触した場合にも、荷電粒子の失活が生じる。そして、流路面積が小さい絞り流路71では、荷電粒子がこれら誘電体部材と接触する確率が高くなり、荷電粒子を効率的に失活させることができる。 Furthermore, the channel area of the throttle channel 71 formed between the upper surface of the ring member 662 and the lower surface of the inner cell 63 and the lower nut 622 is a throttle channel having a channel area smaller than that of the plasma forming space 7. It's becoming Since the inner cell 63 and the lower nut 622 are also made of dielectric members as described above, the charged particles flowing through the throttle channel 71 come into contact with the surfaces of the ring member 662, the inner cell 63 and the lower nut 622. Deactivation of the charged particles also occurs when the In the throttle channel 71 having a small channel area, the probability that the charged particles come into contact with these dielectric members increases, and the charged particles can be deactivated efficiently.

以上に説明したように、規制部材(支持部661、リング部材662)は、プラズマ形成空間7から流出する反応ガスの流れ方向を規制する作用、及び、ラジカル、中性粒子の失活を抑える一方、荷電粒子の失活を促進する作用を備える。これらの作用により、プラズマ形成空間7にて生成した活性種に含まれる高エネルギー荷電粒子は、誘電体部材との接触により失活し、また失活せずに残っている荷電粒子についても、ウエハWに向かう速度成分が小さくなる。
これらの作用により、高エネルギー荷電粒子が選択的に除去された活性種を含む反応ガスを得ることができる。
As described above, the regulating member (the support portion 661 and the ring member 662) has the function of regulating the flow direction of the reaction gas flowing out of the plasma forming space 7 and suppressing the deactivation of radicals and neutral particles. , has the effect of promoting the deactivation of charged particles. Due to these actions, the high-energy charged particles contained in the active species generated in the plasma formation space 7 are deactivated by contact with the dielectric member, and the charged particles remaining without being deactivated are also removed from the wafer. The velocity component toward W becomes smaller.
By these actions, a reactive gas containing active species from which high-energy charged particles are selectively removed can be obtained.

絞り流路71を通過した反応ガスは、開口部73を介してガス拡散室222aに流れ込み、ガス拡散室222a内に広がった後、ガス分散板221に多数形成されているガス供給孔223を介して処理容器11内に供給される。この反応ガスは、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高い状態となっているので、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。 After passing through the throttle channel 71, the reaction gas flows into the gas diffusion chamber 222a through the opening 73, spreads in the gas diffusion chamber 222a, and then flows through the gas supply holes 223 formed in the gas distribution plate 221. is supplied into the processing container 11. This reactive gas has a reduced concentration of high-energy charged particles and a high concentration of low-energy charged particles, neutral particles, and radicals. Membrane processing can proceed.

予め設定された期間、CVD法またはALD法による成膜を行ったら、プラズマ形成空間7や原料ガス流路65からの各種成膜ガスの供給、及び電極端子611への高周波電力の供給を停止する。しかる後、搬入時とは反対の手順にて、成膜が行われたウエハWを処理容器11から搬出する。 After film formation by the CVD method or the ALD method has been performed for a preset period, the supply of various film forming gases from the plasma forming space 7 and the source gas flow path 65 and the supply of high frequency power to the electrode terminals 611 are stopped. . After that, the wafer W on which the film has been formed is unloaded from the processing container 11 in the reverse order of the carrying-in procedure.

<効果>
本実施形態に係る成膜装置1によれば以下の効果がある。プラズマ化した成膜ガス(反応ガス)に含まれる、高エネルギー荷電粒子を規制部材(支持部661、リング部材662)により除去する。この結果、ウエハWに対して低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルを高濃度で供給して成膜処理を行うことができる。
<effect>
The film forming apparatus 1 according to this embodiment has the following effects. High-energy charged particles contained in the plasmatized film forming gas (reactive gas) are removed by the regulating members (supporting portion 661 and ring member 662). As a result, low-energy charged particles, neutral particles, or radicals can be supplied to the wafer W at a high concentration to perform film formation.

ここで規制部材は、図3に示す例のように、外側セル643側から内側セル63側へ向けて突出し、内側セル63や下部ナット622との間に絞り流路71を形成するように設ける場合に限定されない。
例えば図5に示すガス供給機構2aのように、内側セル63側から外側セル643側へ向けて突出するように規制部材(支持部661a及びリング部材662a)を設けてもよい。この場合には、例えばリング部材662aの上面と電極642の下面との間の隙間が絞り流路71aとなる。この例では、外側セル643が第1部材に相当し、支持部661aの起点に位置する内側セル63が第2部材に相当する。
Here, as in the example shown in FIG. 3, the restricting member protrudes from the outer cell 643 side toward the inner cell 63 side, and is provided so as to form the throttle channel 71 between the inner cell 63 and the lower nut 622. It is not limited to cases.
For example, like the gas supply mechanism 2a shown in FIG. 5, the restricting member (the support portion 661a and the ring member 662a) may be provided so as to protrude from the inner cell 63 side toward the outer cell 643 side. In this case, for example, the gap between the upper surface of the ring member 662a and the lower surface of the electrode 642 becomes the throttle channel 71a. In this example, the outer cell 643 corresponds to the first member, and the inner cell 63 positioned at the starting point of the support portion 661a corresponds to the second member.

<第2実施形態のガス供給機構2b>
次いで、図6~図8を参照しながら、第2実施形態に係るガス供給機構2bの構成例について説明する。なお、既に説明した図5に記載のガス供給機構2aを含め、図5~図16に記載の各構成において、図1~図4を用いて説明したものと共通の構成には、これらの図に付したものと共通の符号を付してある。
図6は、ガス供給機構2bを互いに直交する2方向から見た縦断側面を同一画面内に表示した図であり、図7A、図7Bは、上記2方向から見たガス供給機構2bの中央領域の拡大縦断面図である。また図8は、ガス供給機構2bを上面側から見た一部破断平面図である。
<Gas supply mechanism 2b of the second embodiment>
Next, a configuration example of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 6 to 8. FIG. 5 to 16, including the already explained gas supply mechanism 2a shown in FIG. are attached with the same reference numerals as those attached to .
FIG. 6 is a diagram showing longitudinal side surfaces of the gas supply mechanism 2b viewed from two directions orthogonal to each other in the same screen. is an enlarged longitudinal sectional view of the. FIG. 8 is a partially broken plan view of the gas supply mechanism 2b as seen from above.

第1実施形態に係るガス供給機構2は、筒状に構成された複数のプラズマ形成空間7が互いに隣り合って配置されているのに対し、第2実施形態に係るガス供給機構2bは、複数のプラズマ形成空間7が多重同心円状に配置されている点が異なっている。
図6、図8に示すように、ガス供給機構2bの中央部には、円筒状の電極612aを収容した、誘電体部材からなる円筒状の内側セル63が設けられている。図7A、図7Bに示すように、電極612aには高周波電源52が接続されている。
In the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment, a plurality of cylindrical plasma forming spaces 7 are arranged adjacent to each other, whereas in the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment, a plurality of The difference is that the plasma forming spaces 7 are arranged in multiple concentric circles.
As shown in FIGS. 6 and 8, a cylindrical inner cell 63 made of a dielectric member and containing a cylindrical electrode 612a is provided in the central portion of the gas supply mechanism 2b. As shown in FIGS. 7A and 7B, the high frequency power supply 52 is connected to the electrode 612a.

内側セル63の外方側には、互いに間隔を開けて、扁平な円環状の誘電体部材からなるアノードセル643a、カソードセル63aが交互に設けられている。アノードセル643a、カソードセル63aには、各々、上面側へ向けて開口すると共に、周方向に沿って伸びる溝が形成されている。 On the outer side of the inner cell 63, anode cells 643a and cathode cells 63a made of flat annular dielectric members are alternately provided at intervals. The anode cell 643a and the cathode cell 63a are each formed with grooves that open toward the upper surface side and extend along the circumferential direction.

図7A、図7B、図8に示すように、アノードセル643aの溝内には、原料ガス流路65が貫通している位置を除いて、概略筒状に形成された金属からなる電極642が挿入されている。これら電極642の上端部は、金属製の蓋部23と接するように設けられ、当該蓋部23を介して接地されている。 As shown in FIGS. 7A, 7B, and 8, in the groove of the anode cell 643a, an electrode 642 made of metal and formed into a substantially cylindrical shape is provided except for the position where the source gas flow path 65 penetrates. inserted. The upper ends of these electrodes 642 are provided so as to be in contact with the lid 23 made of metal and are grounded through the lid 23 .

一方、カソードセル63aの溝内には、筒状に形成された金属からなる電極612bが挿入されている。これら電極612bには、電極端子611を介して高周波電源52が接続されている。また接地された蓋部23と電極612bとが接触しないように、電極612の上面と蓋部23の下面との間には、電極612bの溝の開口に沿って設けられた、円環状の誘電体部材からなる石英キャップ663が設けられている。 On the other hand, a tubular metal electrode 612b is inserted into the groove of the cathode cell 63a. A high-frequency power source 52 is connected to these electrodes 612b through electrode terminals 611. As shown in FIG. To prevent contact between the grounded lid portion 23 and the electrode 612b, an annular dielectric electrode is provided between the upper surface of the electrode 612 and the lower surface of the lid portion 23 along the opening of the groove of the electrode 612b. A quartz cap 663 of body member is provided.

上述の構成により、高周波電源52に接続された電極612a、612bをカソード電極、接地された電極642をアノード電極として対向電極が形成される、そして、高周波電源52より、カソード電極である電極612に高周波電力を供給すると、接地されたアノード電極である電極642との間のプラズマ形成空間7内に容量結合が形成される。 With the above configuration, electrodes 612a and 612b connected to the high-frequency power source 52 are cathode electrodes, and the grounded electrode 642 is the anode electrode to form a counter electrode. When high-frequency power is supplied, capacitive coupling is formed in plasma formation space 7 with electrode 642, which is a grounded anode electrode.

その他、反応ガス流路671、補助ガス流路672を介してプラズマ形成空間7に反応ガス、補助ガスが供給される点、プラズマ形成空間7からプラズマ化した反応ガスが流出する位置に、規制部材である支持部661、661a、リング部材662、662aが設けられ、絞り流路である絞り流路71が形成されている点、支持部661、661a、リング部材662、662aの下面側に、ガス拡散室222a、222b、222cが形成されたシャワーヘッド部22が設けられている点、アノードセル643aを上下に貫通するように原料ガス流路65が形成され、その下端部は、シャワーヘッド部22内に形成されたガス拡散室222bに接続されている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2とほぼ同様である。
但し、中央に配置された支持部661、ガス拡散室222a以外の支持部661a、規制部材662b、ガス拡散室222b、222cの平面形状については、各プラズマ形成空間7の平面形状に対応する円環状となっている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2とは異なる。
In addition, the reaction gas and the auxiliary gas are supplied to the plasma forming space 7 through the reaction gas flow path 671 and the auxiliary gas flow path 672, and at the position where the reaction gas turned into plasma flows out from the plasma forming space 7, a regulating member is provided. Support portions 661 and 661a and ring members 662 and 662a are provided, and a throttle channel 71, which is a throttle channel, is formed. In addition to the provision of the shower head portion 22 in which the diffusion chambers 222a, 222b, and 222c are formed, the source gas flow path 65 is formed so as to vertically penetrate the anode cell 643a, and the lower end of the flow path 65 is the shower head portion 22. It is substantially the same as the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment in that it is connected to the gas diffusion chamber 222b formed therein.
However, the support portion 661 arranged in the center, the support portion 661a other than the gas diffusion chamber 222a, the regulating member 662b, and the gas diffusion chambers 222b and 222c have an annular shape corresponding to the planar shape of each plasma forming space 7. This is different from the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment.

以上に説明した構成に係るガス供給機構2bについても、プラズマ化した成膜ガス(反応ガス)に含まれる、高エネルギー荷電粒子を規制部材(支持部661、661a、リング部材662、662b)により除去することができる。この結果、低エネルギー荷電粒子、中性粒子またはラジカルの含有濃度が高い反応ガスをウエハWに供給して、ウエハWに対するダメージの少ない成膜処理を行うことができる。 Also in the gas supply mechanism 2b having the configuration described above, high-energy charged particles contained in the plasmatized film forming gas (reactive gas) are removed by the regulating members (supporting portions 661, 661a, ring members 662, 662b). can do. As a result, a reaction gas containing a high concentration of low-energy charged particles, neutral particles, or radicals can be supplied to the wafer W, and film formation processing can be performed with little damage to the wafer W. FIG.

<第3実施形態のガス供給機構2c>
次いで、プラズマの形成手法が異なる実施形態について、図9~図11を参照しながら説明する。
なお、以下に説明する第3~第5実施形態については、図6~図8を用いて説明した第2実施形態と同様に、複数のプラズマ形成空間7が多重同心円状に配置されているガス供給機構2c~2eに対して各種の技術的構成を適用した例を示している。
<Gas supply mechanism 2c of the third embodiment>
Next, embodiments with different plasma formation techniques will be described with reference to FIGS. 9 to 11. FIG.
In addition, in the third to fifth embodiments described below, as in the second embodiment described with reference to FIGS. Examples are shown in which various technical configurations are applied to the supply mechanisms 2c to 2e.

第3実施形態に係るガス供給機構2cは、マイクロ波を利用して、成膜ガスの表面波プラズマを形成する点が、容量結合プラズマを形成する第1、第2実施形態に係るガス供給機構2、2a、2bと異なっている。
図9は、成膜装置1の処理容器11の上部側部分の一部破断側面図を示している。排気ダクト14上に設けられたガス供給機構2cの上面には、マイクロ波導入部535が設けられ、このマイクロ波導入部535に対し、同軸導波管534、モード変換器533、導波管532を介してマイクロ波発生部531が接続されている。またガス供給機構2cの上面側には、マイクロ波の漏洩を防止するためのカバー18が設けられている。
The gas supply mechanism 2c according to the third embodiment uses microwaves to form surface wave plasma of the deposition gas, which is different from the gas supply mechanisms according to the first and second embodiments that form capacitively coupled plasma. 2, 2a and 2b.
FIG. 9 shows a partially broken side view of the upper portion of the processing container 11 of the film forming apparatus 1. As shown in FIG. A microwave introduction portion 535 is provided on the upper surface of the gas supply mechanism 2c provided on the exhaust duct 14, and a coaxial waveguide 534, a mode converter 533, and a waveguide 532 are connected to the microwave introduction portion 535. A microwave generator 531 is connected via the . A cover 18 for preventing leakage of microwaves is provided on the upper surface side of the gas supply mechanism 2c.

図10、図11に示すように、ガス供給機構2cは、上段側から順に、誘電体板601、602、及び誘電体部材603、604を積層した構成となっている。図11の拡大縦断面図に示すように、マイクロ波導入部535に供給されたマイクロ波は、最上段及び上から2段目の誘電体板601、602の間に配置されているマイクロ波伝搬板536の下面を伝搬してその下面側の誘電体板602に供給される。
マイクロ波発生部531、導波管532、モード変換器533、同軸導波管534、マイクロ波導入部535及びマイクロ波伝搬板536は、本例のマイクロ波供給機構に相当する。マイクロ波供給機構は、反応ガスの表面波プラズマを形成するためのプラズマ形成機構を構成している。
As shown in FIGS. 10 and 11, the gas supply mechanism 2c has a configuration in which dielectric plates 601 and 602 and dielectric members 603 and 604 are stacked in this order from the top. As shown in the enlarged vertical cross-sectional view of FIG. 11, the microwaves supplied to the microwave introduction part 535 are transmitted through the microwave propagation path arranged between the dielectric plates 601 and 602 in the uppermost and second stages from the top. It propagates along the lower surface of the plate 536 and is supplied to the dielectric plate 602 on the lower surface side.
The microwave generating section 531, waveguide 532, mode converter 533, coaxial waveguide 534, microwave introducing section 535, and microwave propagation plate 536 correspond to the microwave supplying mechanism of this example. The microwave supply mechanism constitutes a plasma formation mechanism for forming surface wave plasma of the reaction gas.

誘電体板602は、石英など、マイクロ波を透過する誘電体部材により構成されている。また、誘電体板602の下面には、多重同心円状に溝部が形成されている。
上から3段目、4段目の誘電体部材603、604は、これらの溝部に連通する位置に、円環状の開口が形成されるように、中央領域の円板状の誘電体部材、及びその外方領域のリング状の複数の誘電体部材を、互いに間隔を開けて多重同心円状に配置した構成となっている。
The dielectric plate 602 is made of a dielectric material that transmits microwaves, such as quartz. In addition, multiple concentric grooves are formed on the lower surface of the dielectric plate 602 .
The dielectric members 603 and 604 in the third and fourth stages from the top are disc-shaped dielectric members in the central region and A plurality of ring-shaped dielectric members in the outer region are arranged in multiple concentric circles at intervals.

これら誘電体板602の溝部、及び誘電体部材603、604の開口を上下に連通させることにより、図10、図11に示すように、ガス供給機構2cの下面側へ向けて開口する複数のプラズマ形成空間7が形成される。これら複数のプラズマ形成空間7は、図8に示す第2実施形態に係るガス供給機構2bのプラズマ形成空間7と同様に、平面視したとき多重同心円状に配置されている。 By connecting the grooves of the dielectric plate 602 and the openings of the dielectric members 603 and 604 vertically, as shown in FIGS. A forming space 7 is formed. The plurality of plasma forming spaces 7 are arranged in multiple concentric circles when viewed from above, like the plasma forming spaces 7 of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment shown in FIG.

図10、図11に示すように、3段目の誘電体部材603の内側には、反応ガス流路部材671aが設けられている。各反応ガス流路部材671aは、誘電体部材により構成されている。中央領域の反応ガス流路部材671a内には扁平な円形の流路空間が形成され、外方領域の反応ガス流路部材671a内には円環状の流路空間が形成されている。図11に示すように、反応ガス流路部材671aの上面には、流路空間の縁部に沿って、複数のガス供給孔671bが形成されている。各ガス供給孔671bは、誘電体板602の下面と誘電体部材603の上面との間に形成された隙間からなる導入流路72を介してプラズマ形成空間7に連通している。 As shown in FIGS. 10 and 11, inside the dielectric member 603 of the third stage, a reaction gas channel member 671a is provided. Each reactant gas channel member 671a is composed of a dielectric member. A flat circular flow path space is formed in the reaction gas flow path member 671a in the central area, and an annular flow path space is formed in the reaction gas flow path member 671a in the outer area. As shown in FIG. 11, a plurality of gas supply holes 671b are formed along the edge of the channel space on the upper surface of the reaction gas channel member 671a. Each gas supply hole 671 b communicates with the plasma forming space 7 via an introduction channel 72 which is a gap formed between the lower surface of the dielectric plate 602 and the upper surface of the dielectric member 603 .

さらに図10に示すように、最外周側の反応ガス流路部材671a内には反応ガス流路671が形成されている。当該反応ガス流路671の上流端部は、図1に示す反応ガス供給ライン422に接続されている(接続部は不図示)。また反応ガス流路671の下流端部は、当該最外周側の反応ガス流路部材671aの流路空間に接続されている。さらに、反応ガス流路671の上流端部には、図1に示す補助ガス供給ライン432が合流し、反応ガスと共に、プラズマ形成用の補助ガスをプレミックスして供給する構成となっている。以下、図10、図11の説明では、プレミックスされた反応ガスと補助ガスとの混合ガスを、単に「反応ガス」と呼ぶ。 Further, as shown in FIG. 10, reaction gas flow paths 671 are formed in the outermost reaction gas flow path member 671a. The upstream end of the reaction gas flow path 671 is connected to the reaction gas supply line 422 shown in FIG. 1 (the connection is not shown). The downstream end of the reaction gas channel 671 is connected to the channel space of the reaction gas channel member 671a on the outermost side. Furthermore, the auxiliary gas supply line 432 shown in FIG. 1 merges with the upstream end of the reaction gas flow path 671, and is configured to premix and supply an auxiliary gas for forming plasma together with the reaction gas. 10 and 11, the mixed gas of premixed reaction gas and auxiliary gas is simply referred to as "reaction gas".

さらに、各反応ガス流路部材671aの流路空間同士は、反応ガス流路部材671a及び誘電体部材603を半径方向に貫通するように設けられた、誘電体部材からなる不図示の接続管路により互いに接続されている。この構成により、反応ガス流路671を介して最外周側の反応ガス流路部材671aの流路空間に供給された反応ガスが、径方向、内側に配置された他の反応ガス流路部材671aの流路空間に流れ込む。そして、各反応ガス流路部材671aの流路空間に供給された反応ガスが、ガス供給孔671b、導入流路72を介して各プラズマ形成空間7に流入する。 Further, the channel spaces of the respective reaction gas channel members 671a are connected to each other by a connection pipe (not shown) made of a dielectric member provided so as to penetrate the reaction gas channel members 671a and the dielectric member 603 in the radial direction. are connected to each other by With this configuration, the reactant gas supplied to the channel space of the outermost reactant gas channel member 671a through the reactant gas channel 671 flows into the other reactant gas channel member 671a arranged radially inward. flows into the flow space of Then, the reactant gas supplied to the channel space of each reactant gas channel member 671 a flows into each plasma forming space 7 via the gas supply hole 671 b and the introduction channel 72 .

また図10、図11に示すように、4段目の誘電体部材604の内側には、原料ガス流路部材65aが設けられている。各原料ガス流路部材65aは、誘電体部材により構成されている。中央領域の原料ガス流路部材65a内には扁平な円形の流路空間が形成され、外方領域の原料ガス流路部材65a内には円環状の流路空間が形成されている。図11に示すように、シャワーヘッド部22内には、反応ガス用のガス拡散室222a、222cと、原料ガス用のガス拡散室222bとが区画形成されている。ここで、原料ガス用のガス拡散室222bの上方に配置された原料ガス流路部材65aの下面には、ガス供給孔65bが形成されている。一方、反応ガス用のガス拡散室222a、222c上方に配置された残りの原料ガス流路部材65aにはガス供給孔65bは形成されていない。 Further, as shown in FIGS. 10 and 11, a raw material gas channel member 65a is provided inside the dielectric member 604 in the fourth stage. Each source gas flow path member 65a is made of a dielectric member. A flat circular channel space is formed in the source gas channel member 65a in the central region, and an annular channel space is formed in the source gas channel member 65a in the outer region. As shown in FIG. 11, the shower head section 22 is divided into gas diffusion chambers 222a and 222c for reactive gases and a gas diffusion chamber 222b for source gases. Here, a gas supply hole 65b is formed in the lower surface of the source gas channel member 65a arranged above the gas diffusion chamber 222b for the source gas. On the other hand, no gas supply holes 65b are formed in the remaining source gas flow path members 65a disposed above the gas diffusion chambers 222a and 222c for reaction gases.

さらに図10に示すように、最外周側の原料ガス流路部材65a内には原料ガス流路672cが形成されている。原料ガス流路672cの上流端部は、図1に記載の原料ガス供給ライン412の下流側の端部と接続されている。各原料ガス流路部材65aの流路空間同士は、原料ガス流路部材65a及び誘電体部材604を半径方向に貫通するように設けられた、誘電体部材からなる不図示の接続管路により互いに接続されている。この構成により、原料ガス流路672cを介して供給された原料ガスが、径方向、内側に配置された各原料ガス流路部材65aの流路空間に流れ込む。そして、各原料ガス流路部材65aに供給された原料ガスが、原料ガス供給孔65bを介して原料ガス用のガス拡散室222bに供給される。 Further, as shown in FIG. 10, a source gas flow path 672c is formed in the source gas flow path member 65a on the outermost side. The upstream end of the source gas flow path 672c is connected to the downstream end of the source gas supply line 412 shown in FIG. The flow path spaces of the source gas flow path members 65a are connected to each other by a connection pipe (not shown) made of a dielectric member, which is provided so as to penetrate the source gas flow path members 65a and the dielectric member 604 in the radial direction. It is connected. With this configuration, the raw material gas supplied through the raw material gas flow path 672c flows into the flow path space of each raw material gas flow path member 65a arranged radially inward. Then, the raw material gas supplied to each raw material gas channel member 65a is supplied to the gas diffusion chamber 222b for the raw material gas through the raw material gas supply hole 65b.

以上に説明した構成を備える第3実施形態に係るガス供給機構2cにおいても、プラズマ形成空間7の成膜ガス(反応ガス)が流れ出る位置であるプラズマ形成空間7の下端部に規制部材662bが設けられている。図11に示すように、本例の規制部材662bは、誘電体部材により構成され、原料ガス用のガス拡散室222b側から、反応ガス用のガス拡散室222a、222c側へ向けて、誘電体部材604の下端位置から横方向へ突出するように設けられたリング状の部材である。 Also in the gas supply mechanism 2c according to the third embodiment having the configuration described above, the regulating member 662b is provided at the lower end of the plasma forming space 7 where the film forming gas (reactive gas) of the plasma forming space 7 flows out. It is As shown in FIG. 11, the regulating member 662b of this example is made of a dielectric member, and the dielectric member 662b extends from the source gas gas diffusion chamber 222b toward the reaction gas gas diffusion chambers 222a and 222c. It is a ring-shaped member provided so as to project laterally from the lower end position of the member 604 .

規制部材662bの先端部は、反応ガス用のガス拡散室222a、222c上に設けられた誘電体部材604の下方側に配置されている。従って規制部材662bは、載置台31側から見て、当該誘電体部材604の下面の一部を覆うように設けられている。規制部材662bの上面と、誘電体部材604の下面との隙間は、プラズマ形成空間7から反応ガスが流れ出る絞り流路71となっている。 The tip of the regulating member 662b is arranged below the dielectric member 604 provided above the gas diffusion chambers 222a and 222c for reaction gases. Therefore, the restricting member 662b is provided so as to partially cover the lower surface of the dielectric member 604 when viewed from the mounting table 31 side. A gap between the upper surface of the regulating member 662b and the lower surface of the dielectric member 604 forms a throttle channel 71 through which reaction gas flows out from the plasma forming space 7. As shown in FIG.

そして、前記規制部材662bについても(1)プラズマ形成空間7から反応ガスが流出する位置に設けられ、プラズマ形成空間7の軸方向に沿った反応ガスの流れの方向を、筒状のプラズマ形成空間7の径方向に向かうように規制し、(2)絞り流路71は、プラズマ形成空間7よりも流路面積が小さくなっている点については、第1実施形態に係るガス供給機構2と同様である。 The regulation member 662b is also (1) provided at a position where the reactant gas flows out from the plasma forming space 7, and the direction of flow of the reactant gas along the axial direction of the plasma forming space 7 is oriented in the cylindrical plasma forming space. 7, and (2) the throttle channel 71 has a channel area smaller than that of the plasma forming space 7, as in the gas supply mechanism 2 according to the first embodiment. is.

以上に説明した構成を備える第3実施形態に係るガス供給機構2cの作用について説明する。反応ガス流路部材671aから導入流路72を介し、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガスの供給を行うと共に、マイクロ波発生部531から最上段の誘電体板601へとマイクロ波を供給する。この結果、プラズマ形成空間7内でマイクロ波が伝播する管状壁面であるプラズマ形成空間7の壁面に沿って、反応ガスの表面波プラズマ(SWP:Surface Wave Plasma)が形成される。 The operation of the gas supply mechanism 2c according to the third embodiment having the configuration described above will be described. The reactant gas is supplied from the reactant gas channel member 671a through the introduction channel 72 toward each plasma forming space 7, and the microwave is supplied from the microwave generator 531 to the dielectric plate 601 on the uppermost stage. . As a result, a surface wave plasma (SWP) of the reaction gas is formed along the wall surface of the plasma forming space 7, which is a tubular wall surface through which microwaves propagate within the plasma forming space 7. FIG.

プラズマ化した反応ガスは、プラズマ形成空間7から流れ出る際に規制部材662bによって流れ方向を規制される。このとき、規制部材662bが誘電体部材によって構成されていることにより、ラジカル、中性粒子の失活が抑えられる。一方、プラズマ形成空間7にて生成した活性種に含まれる高エネルギー荷電粒子は、誘電体部材との接触により失活し、また失活せずに残っている荷電粒子についても、ウエハWに向かう速度成分が小さくなる。この結果、高エネルギー荷電粒子が選択的に除去された活性種を含む反応ガスを得ることができる作用については、既述の第1実施形態と同様である。 The flow direction of the reaction gas that has become plasma is regulated by the regulating member 662b when flowing out of the plasma forming space 7 . At this time, deactivation of radicals and neutral particles is suppressed because the regulating member 662b is made of a dielectric member. On the other hand, the high-energy charged particles contained in the active species generated in the plasma generation space 7 are deactivated by contact with the dielectric member, and the charged particles remaining undeactivated are also directed toward the wafer W. Velocity component becomes smaller. As a result, the effect of obtaining a reaction gas containing active species from which high-energy charged particles are selectively removed is the same as in the first embodiment.

絞り流路71を通過した反応ガスは、開口部73を介してガス拡散室222a、222cに流れ込み、ガス分散板221に多数形成されているガス供給孔223を介して処理容器11内に供給される。また、原料ガス流路部材65aを介してガス拡散室222bに流れ込んだ原料ガスについても処理容器11内に供給される。そして、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高い反応ガスにより、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。 The reaction gas that has passed through the throttle channel 71 flows into the gas diffusion chambers 222a and 222c through the openings 73, and is supplied into the processing vessel 11 through the gas supply holes 223 formed in large numbers in the gas distribution plate 221. be. Further, the raw material gas that has flowed into the gas diffusion chamber 222b through the raw material gas channel member 65a is also supplied into the processing container 11. As shown in FIG. Then, the reaction gas containing the high-energy charged particles at a reduced concentration and containing the low-energy charged particles, the neutral particles, and the radicals at a high concentration can be used to proceed with the film formation process while suppressing damage to the wafer W. can be done.

<第4実施形態のガス供給機構2d>
図12~図13Bに示す第4実施形態に係るガス供給機構2dは、コイル54を用い、反応ガスの誘導結合プラズマを形成する点が、容量結合プラズマを形成する第1、第2実施形態に係るガス供給機構2、2a、2bと異なっている。
図12はガス供給機構2d全体の縦断側面図であり、図13A、図13Bは、互いに直交する2方向から見た、ガス供給機構2dの中央領域の拡大縦断面図である。
<Gas supply mechanism 2d of the fourth embodiment>
The gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment shown in FIGS. 12 to 13B uses a coil 54 to form inductively coupled plasma of the reaction gas, unlike the first and second embodiments which form capacitively coupled plasma. It is different from the gas supply mechanisms 2, 2a, and 2b.
FIG. 12 is a longitudinal side view of the entire gas supply mechanism 2d, and FIGS. 13A and 13B are enlarged longitudinal sectional views of the central region of the gas supply mechanism 2d as seen from two directions perpendicular to each other.

これらの縦断側面図に示すように、第4実施形態に係るガス供給機構2dの中央部には、誘電体部材からなる円筒状の内側セル63が設けられている。この内側セル63の外方側には、互いに間隔を開けて、扁平な円環状の誘電体部材からなる接地電極セル643b、コイルセル63bが交互に設けられている。これら内側セル63、接地電極セル643b、コイルセル63bの構成については、図6、図7A、図7Bを用いて説明した、第2実施形態に係るガス供給機構2bの内側セル63、アノードセル643a、カソードセル63aの構成とほぼ同様である。 As shown in these longitudinal side views, a cylindrical inner cell 63 made of a dielectric member is provided in the central portion of the gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment. On the outer side of the inner cell 63, ground electrode cells 643b and coil cells 63b made of a flat annular dielectric member are alternately provided at intervals. The configurations of the inner cell 63, the ground electrode cell 643b, and the coil cell 63b are described with reference to FIGS. 6, 7A, and 7B. The configuration is substantially the same as that of the cathode cell 63a.

中央部の内側セル63内には、円筒状に巻かれたコイル54が設けられている。また、円環状に形成されたコイルセル63bの溝内には、当該円環に沿って巻かれたコイル54が設けられている。各コイル54の一端は、整合器51を介して高周波電源52に接続され、他端は接地されている。また、接地電極セル643b内に設けられた電極642は、蓋部23を介して接地されている。高周波電源52に接続されたコイル54や接地された電極642は、本例のプラズマ形成機構を構成している。 A cylindrically wound coil 54 is provided in the central inner cell 63 . A coil 54 wound along the ring is provided in the groove of the coil cell 63b formed in the ring. One end of each coil 54 is connected to the high frequency power supply 52 via the matching box 51, and the other end is grounded. Further, the electrode 642 provided in the ground electrode cell 643b is grounded via the lid portion 23. As shown in FIG. The coil 54 connected to the high frequency power supply 52 and the grounded electrode 642 constitute the plasma forming mechanism of this example.

その他、規制部材である支持部661、リング部材662の構成や、プラズマ形成空間7に反応ガスや補助ガスを供給する反応ガス流路671、補助ガス流路672の構成、シャワーヘッド部22の構成、原料ガスを供給する原料ガス流路65の構成については、第2実施形態に係るガス供給機構2bとほぼ同様であるので再度の説明を省略する。 In addition, the configuration of the support portion 661 and the ring member 662 which are regulating members, the configuration of the reactant gas flow path 671 and the auxiliary gas flow path 672 for supplying the reactant gas and the auxiliary gas to the plasma forming space 7, and the configuration of the shower head portion 22. Since the structure of the source gas flow path 65 for supplying the source gas is substantially the same as that of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment, the description thereof will be omitted.

以上に説明した構成を有する第4実施形態に係るガス供給機構2dにおいては、各プラズマ形成空間7へ向けて反応ガス、補助ガスの供給を行う。そして、高周波電源52からコイル54へ高周波電力を印加し、誘導結合により、プラズマ形成空間7に供給された反応ガスをプラズマ化する。 In the gas supply mechanism 2 d according to the fourth embodiment having the configuration described above, the reaction gas and the auxiliary gas are supplied toward each plasma forming space 7 . Then, high-frequency power is applied from the high-frequency power supply 52 to the coil 54, and the reaction gas supplied to the plasma forming space 7 is turned into plasma by inductive coupling.

プラズマ化した反応ガスの流れや、規制部材である支持部661、リング部材662の作用については、第2実施形態に係るガス供給機構2bと同様である。即ち、反応ガスが絞り流路71を通過することにより、高エネルギーの荷電粒子の含有濃度が低減され、低エネルギー荷電粒子、中性粒子、ラジカルの含有濃度が高くなる。この結果、ウエハWに与えるダメージを小さく抑えつつ、成膜処理を進行させることができる。 The flow of the reaction gas turned into plasma and the action of the support portion 661 and the ring member 662, which are regulating members, are the same as those of the gas supply mechanism 2b according to the second embodiment. That is, by passing the reaction gas through the throttle channel 71, the concentration of high-energy charged particles is reduced, and the concentration of low-energy charged particles, neutral particles, and radicals is increased. As a result, it is possible to proceed with the film forming process while suppressing damage to the wafer W. FIG.

<第5実施形態のガス供給機構2e>
次いで、図14~図16には、荷電粒子がウエハWの板面に向かう運動エネルギーを低減して低エネルギーの荷電粒子とするための磁石644を設けたガス供給機構2eの例を示している。第5実施形態に係るガス供給機構2eは、第4実施形態に係るガス供給機構2dと同様に、多重同心円状のプラズマ形成空間7を構成する内側セル63、コイルセル63b、接地電極セル643bにおいて、内側セル63、コイルセル63b内にコイル54を配置した構成例となっている。
<Gas supply mechanism 2e of the fifth embodiment>
Next, FIGS. 14 to 16 show an example of a gas supply mechanism 2e provided with a magnet 644 for reducing the kinetic energy of charged particles moving toward the plate surface of the wafer W and making the charged particles low-energy. . In the gas supply mechanism 2e according to the fifth embodiment, similar to the gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment, the inner cell 63, the coil cell 63b, and the ground electrode cell 643b, which constitute the multi-concentric plasma formation space 7, are: This is a configuration example in which the coil 54 is arranged in the inner cell 63 and the coil cell 63b.

一方、載置台31側から見たとき、接地電極セル643b側から突出するように設けられた規制部材662bの端部は、内側セル63、コイルセル63bの下面を覆う状態とはなっていない点は、第4実施形態に係るガス供給機構2dとは異なる。また、本例のガス供給機構2eにはシャワーヘッド部22が設けられていない。 On the other hand, when viewed from the mounting table 31 side, the end of the regulating member 662b provided so as to protrude from the ground electrode cell 643b side does not cover the lower surfaces of the inner cell 63 and the coil cell 63b. , and the gas supply mechanism 2d according to the fourth embodiment. Moreover, the shower head portion 22 is not provided in the gas supply mechanism 2e of this example.

図14の拡大縦断面図に示すように、電極642が設けられた接地電極セル643bの溝内の下端部には磁石644が設けられている。図15の横断平面図中に模式的に示すように、電極642が設けられた接地電極セル643bの溝内には、複数の磁石644が、周方向に向けて互いに間隔を開けて配置されている。なお、図15中、グレーで塗り潰した領域は、内側セル63、コイルセル63bの溝内の空間を示し、この空間内にコイル54が配置される。同図中の一点鎖線は、プラズマ形成空間7を構成する内側セル63、コイルセル63b、接地電極セル643bの壁面(管状壁面)の位置を示している。 As shown in the enlarged longitudinal sectional view of FIG. 14, a magnet 644 is provided at the lower end of the groove of the ground electrode cell 643b in which the electrode 642 is provided. As schematically shown in the cross-sectional plan view of FIG. 15, a plurality of magnets 644 are spaced apart from each other in the circumferential direction in the grooves of the ground electrode cells 643b in which the electrodes 642 are provided. there is In FIG. 15, the gray area indicates the space within the groove of the inner cell 63 and the coil cell 63b, and the coil 54 is arranged in this space. The dashed-dotted lines in the figure indicate the positions of wall surfaces (tubular wall surfaces) of the inner cell 63, the coil cell 63b, and the ground electrode cell 643b, which constitute the plasma forming space 7. FIG.

図16に模式的に拡大図示するように、複数の磁石644は、電極642の溝内において、N極-S極を結ぶ直線が、プラズマ形成空間7の周方向と交差する方向を向くように配置される。また、これらの磁石644は、隣り合う磁石644間で、N極-S極の向きが反転した状態となるように配置される。 As schematically enlarged in FIG. 16, the plurality of magnets 644 are arranged in the grooves of the electrodes 642 such that the straight line connecting the north and south poles is oriented in a direction that intersects the circumferential direction of the plasma forming space 7. placed. In addition, these magnets 644 are arranged so that the directions of the north pole and the south pole are reversed between adjacent magnets 644 .

これらの配置により、磁石644は、各プラズマ形成空間7内において、活性種を含む反応ガスの流れ方向と交差する方向に向けて磁力が働く磁力線を形成することができる。この磁力線の作用により、活性種中に含まれる高エネルギーの荷電粒子には、磁力線に沿って移動する力が働く。この結果、高エネルギーの荷電粒子がウエハWの板面に向かう運動エネルギーを低減し、規制部材662bの作用と相まって、荷電粒子を低エネルギーの状態でウエハWに供給することが可能となる。 With these arrangements, the magnets 644 can form magnetic lines of force acting in a direction intersecting the flow direction of the reactive gas containing the active species in each plasma forming space 7 . Due to the action of the magnetic lines of force, the high-energy charged particles contained in the active species are moved along the magnetic lines of force. As a result, the kinetic energy of the high-energy charged particles directed toward the surface of the wafer W is reduced, and coupled with the action of the regulating member 662b, the charged particles can be supplied to the wafer W in a low-energy state.

なお、図14に示すガス供給機構2eにおいては、荷電粒子の運動エネルギーを低減する磁石644を設けていることから、例えば図3、図7A、図11などに示す他の実施形態に係るガス供給機構2、2b、2cと比較して、絞り流路71の流路面積が大きくなっている(但し、「絞り流路71はプラズマ形成空間7よりも流路面積が小さい」との要件に変更はない)。このように、絞り流路71の流路面積を広げることにより、規制部材662bを設けることに伴う圧力損失の増大を抑えることができる。 In the gas supply mechanism 2e shown in FIG. 14, since the magnet 644 that reduces the kinetic energy of the charged particles is provided, the gas supply according to other embodiments shown in FIGS. Compared to mechanisms 2, 2b, and 2c, the channel area of the throttle channel 71 is larger (however, the requirement is changed to "the channel area of the throttle channel 71 is smaller than that of the plasma formation space 7"). not). By increasing the channel area of the throttle channel 71 in this way, it is possible to suppress an increase in pressure loss due to the provision of the restricting member 662b.

また既述のように、本例のガス供給機構2eにはシャワーヘッド部22が設けられていない。シャワーヘッド部22は、絞り流路71から流出した反応ガスをガス拡散室222a、222c内で拡散させてからウエハWに向けて供給することにより、荷電粒子が高速でウエハWに衝突することを抑制する機能も有している。この点についても、荷電粒子の運動エネルギーを低減する作用を奏する磁石644を設けていることにより、シャワーヘッド部22の設置を省略し、規制部材662bを設けることに伴う圧力損失の増大を抑えると共に装置構成を簡素化している。 Further, as described above, the shower head portion 22 is not provided in the gas supply mechanism 2e of this example. The shower head unit 22 diffuses the reaction gas flowing out of the throttle channel 71 in the gas diffusion chambers 222a and 222c and then supplies it toward the wafer W, thereby preventing charged particles from colliding with the wafer W at high speed. It also has the function of suppressing In this respect as well, by providing the magnet 644 that has the effect of reducing the kinetic energy of the charged particles, the installation of the shower head portion 22 is omitted, and an increase in pressure loss due to the provision of the regulation member 662b is suppressed. The device configuration is simplified.

<その他のバリエーション>
以上、第1~第5の実施形態に係るガス供給機構2、2a~2eにて説明した各構成については、他の実施形態に記載の構成と適宜、組み合わせることが可能である。
例えば、第2~第4実施形態に係る各プラズマ形成機構は、第1実施形態に例示した、複数のプラズマ形成空間7が互いに横方向に隣り合うように配置されているガス供給機構2、2aに対して適用してもよい。規制部材の配置や構成についても、図5を用いて説明した第1実施形態の変形例に係る規制部材(支持部661a、リング部材662a)の配置構成を、第2~第5実施形態のガス供給機構2b~2eに適用してもよい。また第3実施形態や第5実施形態に係る、開口部73の開口径を調節するためのリング部材662を備えていない規制部材662bを第1、第2、第4実施形態に係るガス供給機構2、2a、2b、2dに適用してもよい。これとは反対に、第3実施形態や第5実施形態に係るガス供給機構2c、2eに対し、支持部661とリング部材662とからなる規制部材を設けてもよい。また、第1~第4実施形態に係るガス供給機構2、2a~2dにおいて、シャワーヘッド部22の設置を省略してもよい。
<Other variations>
Each configuration described above for the gas supply mechanisms 2, 2a to 2e according to the first to fifth embodiments can be appropriately combined with configurations described in other embodiments.
For example, the plasma forming mechanisms according to the second to fourth embodiments are gas supply mechanisms 2, 2a in which a plurality of plasma forming spaces 7 are arranged laterally adjacent to each other, as illustrated in the first embodiment. may be applied to Regarding the arrangement and configuration of the regulating member, the arrangement and configuration of the regulating member (support portion 661a, ring member 662a) according to the modified example of the first embodiment described with reference to FIG. It may be applied to the supply mechanisms 2b to 2e. Further, the regulating member 662b without the ring member 662 for adjusting the opening diameter of the opening 73 according to the third and fifth embodiments is replaced with the gas supply mechanism according to the first, second and fourth embodiments. 2, 2a, 2b, and 2d. Contrary to this, a regulating member consisting of a support portion 661 and a ring member 662 may be provided for the gas supply mechanisms 2c and 2e according to the third embodiment and the fifth embodiment. Also, in the gas supply mechanisms 2, 2a to 2d according to the first to fourth embodiments, the installation of the shower head portion 22 may be omitted.

各実施形態において、規制部材(支持部661、661a、リング部材662、662a、規制部材662b)の突出方向は、水平方向に限定されるものではなく、斜め下方や斜め上方に向けて突出する構成としてもよい。この他、載置台31側から見たとき、これらの規制部材がプラズマ形成空間7からの処理ガスの出口全体を覆った状態となっていることは必須の要件ではない。載置台31側から見て、プラズマ形成空間7内に形成されるプラズマが規制部材によって隠された状態となるならば、前記出口の一部が見えていてもよい。 In each embodiment, the projection direction of the regulating members (the support portions 661 and 661a, the ring members 662 and 662a, and the regulating member 662b) is not limited to the horizontal direction. may be In addition, it is not an essential requirement that these regulating members cover the entire outlet of the processing gas from the plasma forming space 7 when viewed from the mounting table 31 side. If the plasma formed in the plasma forming space 7 is hidden by the regulating member when viewed from the mounting table 31 side, part of the outlet may be visible.

また、各ガス供給機構2、2a~2eにおいて、各プラズマ形成空間7は、一体の空間として構成されていなくてもよい。例えば筒状の空間の周方向に沿って間隔を開けて誘電体部材からなる仕切り壁を設け、互いに区画された複数の部分空間により、全体として筒状のプラズマ形成空間7を構成してもよい。
また、載置台31側から見た各プラズマ形成空間7の平面形状は、円環状である場合に限定されない。例えば、多角環状や、楕円環状に構成されていてもよい。
Further, in each gas supply mechanism 2, 2a to 2e, each plasma forming space 7 does not have to be configured as an integral space. For example, partition walls made of dielectric members may be provided at intervals along the circumferential direction of the cylindrical space, and the cylindrical plasma forming space 7 as a whole may be configured by a plurality of mutually partitioned partial spaces. .
Further, the planar shape of each plasma forming space 7 when viewed from the mounting table 31 side is not limited to a ring shape. For example, it may be configured in a polygonal ring shape or an elliptical ring shape.

そして上述の各ガス供給機構2、2a~2eは、ウエハWへの成膜を行う成膜装置1に適用する場合に限定されない。ウエハWに対してプラズマ化されたエッチングガスを供給して、当該ウエハWに形成された膜のエッチングを行うエッチング処理装置や、プラズマ化された改質ガスにより、ウエハW上の物質の改質を行う改質処理を行う改質装置の処理容器11内に各種ガスを供給するにあたり、既述の構成のプラズマ形成空間7と規制部材とを備えたガス供給機構を設けてもよい。これらの場合、エッチングガスや改質ガスは、各々、本開示の処理ガスに相当する。 The gas supply mechanisms 2, 2a to 2e described above are not limited to application to the film forming apparatus 1 for forming films on the wafer W. FIG. An etching processing apparatus that supplies a plasmatized etching gas to a wafer W to etch a film formed on the wafer W, and modifies a substance on the wafer W with a plasmatized modifying gas. In order to supply various gases into the processing vessel 11 of the reforming apparatus for performing the reforming process, a gas supply mechanism including the plasma forming space 7 and the regulating member having the structure described above may be provided. In these cases, the etching gas and the modifying gas each correspond to the processing gas of the present disclosure.

今回開示された実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。上記の実施形態は、添付の請求の範囲及びその主旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The embodiments described above may be omitted, substituted, or modified in various ways without departing from the scope and spirit of the appended claims.

W ウエハ
1 成膜装置
11 処理容器
2、2a~2e
ガス供給機構
52 高周波電源
531 マイクロ波発生部
661、661a
支持部
662、662a
リング部材
671 反応ガス流路
672 補助ガス流路
71、71a
絞り流路
W Wafer 1 Film forming apparatus 11 Processing container 2, 2a to 2e
Gas supply mechanism 52 High-frequency power supply 531 Microwave generators 661, 661a
Supports 662, 662a
Ring member 671 Reactive gas channel 672 Auxiliary gas channel 71, 71a
throttle channel

Claims (13)

処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う装置であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、
前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、
筒状である前記プラズマ形成空間内の軸方向に沿って前記処理ガスが流れるように、当該処理ガスの流れの上流側の位置に前記処理ガスを供給するための処理ガス供給部と、
各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れの方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように前記流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を備えた、装置。
An apparatus for performing plasma processing by supplying a plasmatized processing gas to a substrate in a processing container,
a mounting table provided in the processing container for mounting the substrate;
A cylindrical space provided above the mounting table and formed between tubular wall surfaces facing each other in a double tubular shape, the plasma forming mechanism for plasmatizing the processing gas. A plurality of plasma formation spaces with
a processing gas supply unit for supplying the processing gas to a position on the upstream side of the flow of the processing gas so that the processing gas flows along the axial direction in the cylindrical plasma forming space;
It is provided at a position where the processing gas flows out from each of the plasma forming spaces, and regulates the flow of the processing gas so that the direction of flow of the processing gas is directed in the radial direction of the cylindrical plasma forming space, and and a ring-shaped regulating member that forms a restricted flow path having a flow area smaller than that of the plasma forming space, between itself and a member forming one side of the tubular wall surface.
前記管状壁面は、誘電体により構成されている、請求項1に記載の装置。 2. The device of claim 1, wherein the tubular wall is constructed from a dielectric material. 前記管状壁面の一方側を構成する部材を第1部材、前記管状壁面の他方側を構成する部材を第2部材と呼ぶとき、
前記規制部材は、前記第2部材を起点として、前記第1部材の下方側へ向けて突出して設けられている、請求項1または2に記載の装置。
When a member forming one side of the tubular wall surface is called a first member and a member forming the other side of the tubular wall surface is called a second member,
3. The apparatus according to claim 1, wherein said restricting member is provided so as to protrude downward from said first member with said second member as a starting point.
前記規制部材は、載置台側から見て、前記第1部材の下面の一部を覆うように設けられ、前記絞り流路は、前記第1部材と前記規制部材との間に形成されている、請求項3に記載の装置。 The regulating member is provided so as to partially cover the lower surface of the first member when viewed from the mounting table side, and the throttle channel is formed between the first member and the regulating member. 4. The apparatus of claim 3. 前記複数のプラズマ形成空間は、互いに横方向に隣り合うように配置されている、請求項1ないし4のいずれか一つに記載の装置。 5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein said plurality of plasma forming spaces are arranged laterally adjacent to each other. 前記複数のプラズマ形成空間は、多重同心状に配置されている、請求項1ないし4のいずれか一つに記載の装置。 5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein said plurality of plasma forming spaces are arranged in a multiple concentric manner. 前記規制部材の下方側に、多数のガス供給孔が形成された板状のガス分散板を配置し、前記規制部材と前記ガス分散板との間に、前記絞り流路を通過した処理ガスを拡散させるためのガス拡散室を形成したガスシャワーヘッド部を備える、請求項1ないし6のいずれか一つに記載の装置。 A plate-shaped gas distribution plate having a large number of gas supply holes formed therein is disposed below the regulation member, and the processing gas passing through the throttle channel is supplied between the regulation member and the gas distribution plate. 7. Apparatus according to any one of claims 1 to 6, comprising a gas showerhead portion defining a gas diffusion chamber for diffusion. 前記ガス拡散室は複数の空間に区画され、これら複数の空間の一部には、前記プラズマ形成空間以外の流路を介して、プラズマ化していない他の処理ガスが供給される、請求項7に記載の装置。 8. The gas diffusion chamber is partitioned into a plurality of spaces, and a part of the plurality of spaces is supplied with a non-plasma processing gas through a channel other than the plasma forming space. The apparatus described in . 前記プラズマ形成機構は、前記管状壁面の一方側から高周波電力を供給して、接地された他方側の管状壁面との間に容量結合プラズマを形成するための高周波電源を備える、請求項1ないし8のいずれか一つに記載の装置。 9. The plasma forming mechanism comprises a high frequency power supply for supplying high frequency power from one side of the tubular wall surface to form capacitively coupled plasma with the grounded tubular wall surface on the other side. The apparatus according to any one of . 前記プラズマ形成機構は、前記管状壁面に沿ってプラズマを形成するためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給機構を備える、請求項1ないし8のいずれか一つに記載の装置。 9. The apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein said plasma forming mechanism comprises a microwave supplying mechanism for supplying microwaves for forming plasma along said tubular wall surface. 前記プラズマ形成機構は、前記プラズマ形成空間内に誘導結合プラズマを形成するための、高周波電源に接続されたコイルを備える、請求項1ないし8のいずれか一つに記載の装置。 9. The apparatus of any one of claims 1-8, wherein the plasma forming mechanism comprises a coil connected to a radio frequency power supply for forming an inductively coupled plasma within the plasma forming space. 前記プラズマ形成空間を流れる処理ガスの流れ方向と交差する方向に磁力が働く磁力線を形成するための磁石を備える、請求項1ないし11のいずれか一つに記載の装置。 12. The apparatus according to any one of claims 1 to 11, further comprising a magnet for forming magnetic lines of force acting in a direction intersecting the flow direction of the processing gas flowing through the plasma forming space. 処理容器内の基板にプラズマ化した処理ガスを供給してプラズマ処理を行う方法であって、
前記処理容器内に設けられ、前記基板を載置するための載置台と、前記載置台の上方側に設けられ、二重管状に対向して配置された管状壁面の間に形成された筒状の空間であって、各々、前記処理ガスをプラズマ化するためのプラズマ形成機構が併設された複数のプラズマ形成空間と、各々の前記プラズマ形成空間から前記処理ガスが流出する位置に設けられ、前記処理ガスの流れ方向が、筒状である前記プラズマ形成空間の径方向に向かうように流れを規制すると共に、前記管状壁面の一方側を構成する部材との間に、前記プラズマ形成空間よりも流路面積が小さい絞り流路を形成する、リング状の規制部材と、を用い、
複数の前記プラズマ形成空間に前記処理ガスを供給して、筒状であるこれらプラズマ形成空間の軸方向に沿って処理ガスを流す工程と、
前記プラズマ形成機構により、各々の前記プラズマ形成空間内を流れる前記処理ガスをプラズマ化する工程と、
前記規制部材により、各々の前記プラズマ形成空間から流出する前記処理ガスの流れが前記径方向に向かうように規制し、前記絞り流路を通過させた後、前記載置台上の基板に前記処理ガスを供給する工程と、を含む方法。
A method of performing plasma processing by supplying a plasmatized processing gas to a substrate in a processing container, comprising:
A mounting table provided in the processing container for mounting the substrate thereon, and a tubular wall surface provided above the mounting table and facing each other in a double-tube shape. a plurality of plasma forming spaces each provided with a plasma forming mechanism for plasmatizing the processing gas and a position where the processing gas flows out from each of the plasma forming spaces; The flow direction of the processing gas is regulated in the radial direction of the cylindrical plasma forming space, and the flow between the member forming one side of the tubular wall surface and the member constituting the tubular wall surface is greater than the plasma forming space. using a ring-shaped regulating member that forms a throttle channel with a small road area,
a step of supplying the processing gas to a plurality of the plasma forming spaces and flowing the processing gas along the axial direction of the cylindrical plasma forming spaces;
converting the processing gas flowing in each of the plasma forming spaces into plasma by the plasma forming mechanism;
The flow of the processing gas flowing out from each plasma forming space is regulated by the regulating member so as to flow in the radial direction, and after passing through the throttle channel, the processing gas is applied to the substrate on the mounting table. and providing a.
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