JP6734187B2 - Gas introduction nozzle, processing chamber and plasma processing method - Google Patents
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Description
本発明は、処理室内にガスを導入するガス導入ノズル、処理室およびプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a gas introduction nozzle for introducing gas into a processing chamber, a processing chamber, and a plasma processing method.
真空装置などに関し、更に具体的には、半導体及びディスプレイ(以下、半導体に総称する)デバイスの製造において材料層をスパッタ、CVD、エッチャーなどに利用するための真空プラズマ生成装置では、処理室内にガスを導入し、このガスで放電をさせてプラズマを発生させる(例えば特許文献1〜6参照)。
プラズマ装置である、表面処理、堆積、エッチング処理といった様々な半導体デバイス製造プロセスに用いていた多くの装置では、ガスの導入のために、処理室に穴が多数あるものや、ノズルが真空チャンバー内に突起したもの、また流量調整ができるがノズルの噴射口から離れているものなどが備えられている。
Regarding a vacuum apparatus and the like, and more specifically, in a vacuum plasma generation apparatus for utilizing a material layer for sputtering, CVD, etcher, etc. in the production of semiconductors and display (hereinafter collectively referred to as semiconductor) devices, a gas in a processing chamber is used. Is introduced, and a discharge is generated with this gas to generate plasma (see, for example,
Many of the plasma equipment used for various semiconductor device manufacturing processes such as surface treatment, deposition, and etching treatment have many holes in the treatment chamber or a nozzle inside the vacuum chamber to introduce gas. It is provided with a protrusion protruding from the nozzle and a member whose flow rate can be adjusted but is separated from the injection port of the nozzle.
ところで、プラズマガスを処理室に導入する場合、プラズマを良好に発生させて処理を均等に行うことが望まれており、このため、プラズマに影響がある処理室内におけるガスの分布を適切に調整することが必要になる。
しかし、従来のガス導入の構造では、下記の問題点がある。
1)単に穴が多数開いているノズルでは各穴でガス流量の調整ができない。
2)ガスの出口であるノズル先端から流量を調節できる機構までの流路が長い。
上記の事柄で、従来技術の真空プラズマ装置では、ノズル形状(穴の場合、数や開口)の製造変更が余儀なくされ、金銭的、時間的に、大幅にコストと複雑さを与える要因になっており、改善が求められている。
By the way, when the plasma gas is introduced into the processing chamber, it is desired to generate the plasma satisfactorily and perform the processing uniformly. Therefore, the distribution of the gas in the processing chamber that affects the plasma is appropriately adjusted. Will be needed.
However, the conventional gas introduction structure has the following problems.
1) It is not possible to adjust the gas flow rate in each hole with a nozzle that has many holes.
2) The flow path from the nozzle tip, which is the gas outlet, to the mechanism for adjusting the flow rate is long.
Due to the above matters, in the conventional vacuum plasma apparatus, the manufacturing shape of the nozzle shape (in the case of a hole, the number and the opening) is forced to be changed, which causes a significant cost and complexity in terms of money and time. There is a need for improvement.
本発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、処理室内に導入されるガスの流量の調整を各ノズルにおいて調整可能としたガス導入ノズル、処理室およびプラズマ処理方法を提供することを目的の一つとする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a gas introduction nozzle, a processing chamber, and a plasma processing method in which the flow rate of gas introduced into the processing chamber can be adjusted in each nozzle. And one of them.
すなわち本発明のガス導入ノズルのうち、第1の形態は、
処理室内に複数箇所設けられて処理室内にガスを導入するノズルであって、
一端にノズル口を有し、前記ノズル口に連通する中間空間を有する外周壁部と、
前記中間空間に連なるガス供給部と、
前記外周壁部内に配置され、外周壁部に対する位置の調整が可能な調整弁を有し、
前記中間空間に調整空間を有し、
前記調整弁は、外周壁部に対する位置に応じて前記調整空間のガス通過形状を変化させて前記ノズル口に供給されるガス流量を調整するものであることを特徴とする。
That is, the first aspect of the gas introduction nozzle of the present invention is
A nozzle that is provided at a plurality of locations in the processing chamber to introduce gas into the processing chamber,
An outer peripheral wall portion having a nozzle opening at one end and having an intermediate space communicating with the nozzle opening,
A gas supply unit connected to the intermediate space,
Arranged in the outer peripheral wall portion, having an adjustment valve capable of adjusting the position with respect to the outer peripheral wall portion,
Having an adjustment space in the intermediate space,
The adjusting valve is configured to change a gas passage shape of the adjusting space according to a position with respect to an outer peripheral wall portion to adjust a gas flow rate supplied to the nozzle port.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対し前後位置の調整が可能であり、前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対する前後位置に応じて前記調整空間の壁部と調整弁との間の隙間量が変化して前記ガスの通過形状が変化するものであることを特徴とする。 The invention of a gas introduction nozzle of another aspect is the gas introduction nozzle of the aspect, wherein the adjusting valve is capable of adjusting a front-rear position with respect to an axial direction of an outer peripheral wall portion, and the adjusting valve is an outer peripheral wall portion. The gap shape between the wall portion of the adjusting space and the adjusting valve changes according to the front-rear position with respect to the axial direction, and the passage shape of the gas changes.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、前記中間空間の開放部を塞ぐ蓋部を有しており、前記蓋部に前記ガス供給部が設けられていることを特徴とする。 The invention of a gas introduction nozzle of another aspect is the gas introduction nozzle of the aspect, wherein the adjusting valve has a lid portion that closes an opening portion of the intermediate space, and the gas supply portion is provided in the lid portion. It is characterized by being.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記外周壁部に雌ねじが形成され、前記調整弁に前記雌ねじに螺合する雄ねじが形成されており、前記雄ねじと前記雌ねじのねじ合わせ位置によって前記調整弁の位置の調整が可能であることを特徴とする。 In the invention of a gas introduction nozzle of another aspect, in the gas introduction nozzle of the aspect, a female screw is formed on the outer peripheral wall portion, a male screw that is screwed to the female screw is formed on the adjusting valve, the male screw and the It is characterized in that the position of the adjusting valve can be adjusted by the screwing position of the female screw.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整空間の側壁に、ノズル口に向けて調整空間の断面積を減少させる調整空間壁を有することを特徴とする。 The invention of a gas introduction nozzle of another aspect is characterized in that, in the gas introduction nozzle of the aspect, an adjustment space wall that reduces a cross-sectional area of the adjustment space toward a nozzle opening is provided on a side wall of the adjustment space.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、ノズル口に向けて断面積が減少する弁体を有することを特徴とする。 The invention of a gas introduction nozzle of another aspect is characterized in that, in the gas introduction nozzle of the aspect, the adjusting valve has a valve body whose cross-sectional area decreases toward a nozzle opening.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記調整弁は、ノズル口側に移動した限界位置でノズル口先端が外周壁部から外側に突き出さないものであることを特徴とする。 The invention of a gas introduction nozzle of another form is the gas introduction nozzle of the above form, in which the adjustment valve is such that the tip of the nozzle mouth does not project outward from the outer peripheral wall at the limit position moved to the nozzle mouth side. Is characterized by.
他の形態のガス導入ノズルの発明は、前記形態のガス導入ノズルにおいて、前記中間空間は、前記調整弁が挿通されて調整弁周囲を囲む形状を有することを特徴とする。 The invention of a gas introduction nozzle of another aspect is characterized in that, in the gas introduction nozzle of the aspect, the intermediate space has a shape in which the adjustment valve is inserted and surrounds the periphery of the adjustment valve.
本発明の処理室のうち、第1の形態は、前記ガス導入ノズルの形態のいずれかに記載のガス導入ノズルを複数有することを特徴とする。 The first mode of the processing chamber of the present invention is characterized in that it has a plurality of gas introduction nozzles according to any of the forms of the gas introduction nozzle.
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、複数のガス導入ノズルが、1または2以上の共通配管に、複数のガス導入ノズル毎に連通していることを特徴とする。 The invention of a processing chamber of another mode is characterized in that, in the processing chamber of the above mode, a plurality of gas introduction nozzles are connected to one or more common pipes for each of the plurality of gas introduction nozzles.
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、前記ガス導入ノズルは、処理室内に突き出さない形状を有していることを特徴とする。 Another aspect of the present invention is the process chamber of the above aspect, wherein the gas introduction nozzle has a shape that does not protrude into the process chamber.
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、前記ガス導入ノズルの形態のいずれかに記載のガス導入ノズルにおける外周壁部の一部または全部が処理室壁の一部で構成されていることを特徴とする。 The invention of a processing chamber of another mode is the processing chamber of the above mode, wherein a part or all of the outer peripheral wall portion of the gas introducing nozzle according to any one of the modes of the gas introducing nozzle is a part of the processing chamber wall. It is characterized by being.
他の形態の処理室の発明は、前記形態の処理室において、処理室がプラズマ処理室であり、ガス導入ノズルにより処理室に導入されるガスがプラズマガスであることを特徴とする。 An invention of a processing chamber of another mode is characterized in that, in the processing chamber of the above mode, the processing chamber is a plasma processing chamber, and a gas introduced into the processing chamber by the gas introducing nozzle is a plasma gas.
本発明のプラズマ処理方法のうち、第1の形態は、前記ガス導入ノズルの形態のいずれかに記載のガス導入ノズルを複数備える処理室でプラズマ処理を行う方法であって、
複数のガス導入ノズルでそれぞれガス導入量が調整されたガスを処理室内に均一に拡散させることを特徴とする。
In the plasma processing method of the present invention, a first embodiment is a method of performing plasma processing in a processing chamber including a plurality of gas introduction nozzles according to any one of the gas introduction nozzles,
It is characterized in that the gas whose gas introduction amount is adjusted by each of the plurality of gas introduction nozzles is uniformly diffused into the processing chamber.
他の形態のプラズマ処理方法は、前記形態のプラズマ処理方法において、複数のガス導入バルブによってガス導入量を調整してノズル口周辺のガス分子数を微調整して処理室内のガス均一性を調整することを特徴とする。 The plasma processing method of another embodiment is the plasma processing method of the above embodiment, in which the gas introduction amount is adjusted by a plurality of gas introduction valves to finely adjust the number of gas molecules around the nozzle opening to adjust the gas uniformity in the processing chamber. It is characterized by doing.
本発明によれば、ガス導入ノズルにおいて個別に、ノズル口近傍でガス流量を調整することを可能にする。 According to the present invention, it is possible to individually adjust the gas flow rate in the vicinity of the nozzle opening in the gas introduction nozzle.
以下に、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図1に示すように、成膜室20の天井壁21には、ガス導入ノズル1が取り付けられており、天井壁21には、図2に示すように、ガス導入ノズル1の調整弁3が収まる外周壁部10を有している。この実施形態では、成膜室20は本発明の処理室に相当する。なお、本発明では、処理室は成膜を行うものに限定されない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As shown in FIG. 1, the
この実施形態では、ガス導入ノズルが天井側に設けられているものとして説明したが、処理室の側壁側に設けられているものでもよく、天井壁と側壁の両方に設けられるものであってもよい。本発明としてはガス導入ノズルの設置箇所が特に限定されるものではなく、適宜位置に設置することができる。 In this embodiment, the gas introduction nozzle is described as being provided on the ceiling side, but it may be provided on the side wall side of the processing chamber, or may be provided on both the ceiling wall and the side wall. Good. In the present invention, the installation location of the gas introduction nozzle is not particularly limited, and it can be installed at an appropriate position.
外周壁部10は、筒穴を有する形状に形成され、下方部のノズル口14の上方側に筒穴状の中間空間12を有しており、中間空間12の下方部には、筒穴状の調整空間13を有している。調整空間13は、ノズル通路14Aを介してノズル口14に連通している。ノズル通路14Aはノズル口14に至るまで、0.5cmの同一径で構成されており、ノズル口の口径は0.5cmに形成されている。ノズル口14は、成膜室20の成膜室空間20Aに臨ませている。
The outer
ノズル口14から調整空間13の出口までの距離は5mm以下が望ましい。これによりノズル出口から近い距離で流量を適正に調整することができる。また、調整空間13は、径方向断面においてノズル口14に近づくに連れて断面積が次第に減少するテーパ形状の調整空間壁13Aを有している。
The distance from the
なお、この実施形態では、外周壁部10が成膜室20の天井壁21の一部で構成されているものとして説明したが、外周壁部10の一部または全部が処理室の壁部以外で構成され、外周壁部が処理室の壁部に取り付けられる構造としてもよい。
In addition, in this embodiment, the outer
調整弁3は、図1に示すように、中間空間12の略中心を挿通しており、図3に示すように、その先端側に設けられた弁体3Aは、調整空間13に略収まる下向きの円錐形状を有しており、ノズル口14に近づくほど径方向の断面積が小さくなる形状を有している。弁体3Aの円錐面と、調整空間壁13Aの傾斜角度は逆向きでほぼ同じ角度(60度)になっており、両者の間の隙間Gがガス通過形状を有している。
As shown in FIG. 1, the adjusting
なお、この実施形態では、弁体3Aの外周面と調整空間壁13とがそれぞれテーパ面を有するものとして説明したが、いずれか一方がテーパ面となるものであってもよい。また、これらは外面が、段階的に断面積が変わるものとしてもよい。
さらには、調整空間壁などに複数のガス通過形状部を設け、調整弁体の位置調整によって通過が可能となるガス通過形状部が選択されるなどの構成としてもよい。
In this embodiment, the outer peripheral surface of the
Furthermore, a plurality of gas passage shape portions may be provided on the adjustment space wall or the like, and a gas passage shape portion that allows passage may be selected by adjusting the position of the adjustment valve body.
調整弁3は、ノズル口14とは反対の側に柱状の本体に連なる蓋部4を有しており、中間空間12の一端部を封止する形状を有している。中間空間12を囲む外周壁部10には側壁全周に亘って雌ねじ部11が設けられており、蓋部4の外周には雌ねじ部11に螺合する雄ねじ部7を有している。
The regulating
さらに蓋部4の上面側には、中心位置に一文字のねじ溝6が形成されており、ねじ溝6を介して外周壁部10に対し調整弁3を容易に回転させることができる。また、蓋部4には調整弁3における本体の外側となる位置に開口するように、ガス供給孔5A、5Bが貫通しており、中間空間12に連通している。ガス供給孔5A、5Bは、本発明のガス供給部に相当する。なお、ガス供給孔の個数は適宜定めることができ、一つとすることも可能である。
Further, a
ガス導入ノズル1は、図4に示すように、成膜室20に複数設置される。その数は、成膜室の内部構造などによって適宜選定され、本発明としては特にその数が限定されるものではない。例えば、処理室の構成により複数個のガス導入ノズルの装着が可能となり、使用するアプリケーションにより任意の位置および数でガス導入ノズルを配置することが可能である。
As shown in FIG. 4, a plurality of
各ガス導入ノズル1は、成膜室20に設けられた外周壁部10に、調整弁3が取り付けられて設置される。各調整弁3は所定のねじ合わせ位置で外周壁部10の雌ねじ部11に螺合されている。各ガス導入ノズル1上の成膜室20上には、共通ガス導入路31を有するガス導入カバー30が設置される。蓋部4に設けたガス供給孔5A、5Bに共通ガス導入路31を経てガスが供給される。
共通ガス導入路31は、本発明の共通配管に相当する。
Each
The common
なお、この実施形態では、複数のガス導入ノズルが共通ガス導入路に連通するものとして説明したが、個々にガス導入路などが接続されて、ガス供給源に接続されるものであってもよい。
ただし、本実施形態では、共通ガス導入路などを通して複数のガス導入ノズルにガスを供給するものとしても、個々のガス導入ノズルのガス流量を調整することができ、共通ガス導入路を用いることで、構成を簡略にすることができる。
In addition, in this embodiment, a plurality of gas introduction nozzles are described as communicating with the common gas introduction passage, but gas introduction passages or the like may be individually connected to be connected to a gas supply source. ..
However, in the present embodiment, even if gas is supplied to a plurality of gas introduction nozzles through a common gas introduction passage or the like, the gas flow rate of each gas introduction nozzle can be adjusted, and by using the common gas introduction passage. The configuration can be simplified.
次に、ガス導入ノズル1の動作について説明する。
調整弁3は、外周壁部10の雌ねじ部11と調整弁3の雄ねじ部とが螺合されており、ねじ溝6を介して回転させることで軸方向において前後位置が変化する。調整弁3の前後位置が変わると弁体3Aの前後位置も当然に変わり、調整空間壁13Aとの隙間Gの隙間量が変化する。共通ガス導入路31からは所定量のガスを供給すると、各ガス導入ノズル1ににガスが供給され、ガス供給孔5A、5Bから、調整弁3の周囲にある中間空間12に供給される。ガスは、一旦中間空間12に滞留することで、空間内で均等化され、その後、弁体3Aの傾斜面と調整空間壁13Aとの隙間Gを通ってノズル通路14Aに供給され、ノズル口14から成膜室20内の成膜室空間20Aに放出される。
Next, the operation of the
The adjusting
隙間Gは、前記したように調整弁3の前後位置によって隙間量の大きさが変わり、その調整が可能である。調整の結果、ノズル口14から成膜室20内に放出されるガスの流量を所望の量で調整することができる。この調整は、複数有るガス導入ノズル1で一つずつ行うことができ、所望のガス導入ノズル1において、簡易な作業で適正なガス流量に調整できる。
As described above, the size of the gap G varies depending on the front-back position of the adjusting
しかも、成膜室空間20A内に放出されるガス流量の調整は、ノズル口14のごく近傍で行うことができるので、その後の流路におけるガスの流れの影響を殆ど受けることなく成膜室20内に設定されたガス流量で安定して供給することができる。理想的にはガスのノズル(噴射)口の直近に有ることが望ましい。上記したように、その距離は5mm以下が望ましい。
Moreover, since the flow rate of the gas discharged into the film forming
また、図1下段に示す図は、調整弁3を最も前進させて隙間Gにおける隙間量を0にした状態を示すものである。調整弁3は、これを限界にしてそれ以上は前進することができない。この状態においては、弁体3の先端は最も成膜室20内空間に近づくが、ノズル口14から弁体3Aが突き出すことはなく、ノズル口14の内側に位置している。また、外周壁部10の先端面側を成膜室20内の壁面と面一にすることでガス導入ノズルにおいては全く突起がない状態になる。ノズル先端が成膜室内部などに突起していると、成膜室内部のアライメントなどにもよるがプラズマ発生などにおいて異常放電を起こしてしまうおそれがあるが、本実施形態では突起による異常放電の問題は生じない。
In addition, the drawing shown in the lower part of FIG. 1 shows the state in which the
上記実施形態について、半導体製造システムであるCVD装置のガスノズルとして従来品(穴のみのノズル)と、従来品を、本発明を考慮したノズルに交換したものについて、その効果を検証した。本発明品では、個々のガス導入ノズルについてガス量を適正に調整し、プラズマの均一性が得られるものとした。
測定では、基板300mm×400mmの測定領域で、25カ所で薄膜の膜厚と屈折率を測定した。膜厚と屈折率の測定には、分光エリプソメータを用いた。
その結果、膜厚分布は、従来品では±14%となったのに対し、本発明を考慮したノズルを用いた場合、±6%に改善された。さらに薄膜における屈折率の変化は、従来品では0.4の差を生じたのに対し、本発明品では、屈折率の差は0.2に抑えられた。これらの結果から、本発明では、ガスの導入が適切になされ、その結果、プラズマ生成が均等になされて処理が良好になされていることが明らかになった。
With respect to the above-described embodiment, the effect was verified for a conventional product (nozzle having only holes) as a gas nozzle of a CVD apparatus which is a semiconductor manufacturing system, and a conventional product replaced with a nozzle in consideration of the present invention. In the product of the present invention, the gas amount was properly adjusted for each gas introduction nozzle, and plasma uniformity was obtained.
In the measurement, the film thickness and the refractive index of the thin film were measured at 25 places in the measurement area of the substrate 300 mm×400 mm. A spectroscopic ellipsometer was used to measure the film thickness and the refractive index.
As a result, the film thickness distribution was ±14% in the conventional product, but was improved to ±6% when the nozzle considering the present invention was used. Further, the change in the refractive index in the thin film produced a difference of 0.4 in the conventional product, while the difference in the refractive index was suppressed to 0.2 in the product of the present invention. From these results, in the present invention, it was clarified that the gas was properly introduced, and as a result, the plasma was uniformly generated and the treatment was well performed.
以上、本発明について上記実施形態および実施例に基づいて説明したが、本発明の様々な特徴における変形は、当業者には自明なものであると、あるいは、ルーティン的な機械的又は電気的なデザインの問題であるその他の検討の後に自明となるものもあると、理解されるべきである。また、この他の具体例も可能であり、その特定のデザインは用途に依存するものである。このように、本発明の範囲はここに記載した特定の具体例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲及びこれと均等な事項によってのみ限定されるべきである。 Although the present invention has been described based on the above-described embodiments and examples, variations in various features of the present invention are obvious to those skilled in the art, or are mechanical or electrical routines. It should be understood that some will be obvious after other considerations that are a matter of design. Other embodiments are also possible, the particular design of which is application dependent. As such, the scope of the present invention should not be limited to the particular embodiments described herein, but only by the appended claims and equivalents thereof.
1 ガス導入ノズル
3 調整弁
3A 弁体
4 蓋材
5A ガス供給孔
5B ガス供給孔
6 ねじ溝
7 雄ねじ部
10 外周壁部
11 雌ねじ部
12 中間空間
13 調整空間
13A 調整空間壁
14 ノズル口
14A ノズル通路
20 成膜室
20A 成膜室空間
21 天井壁
31 共通ガス導入路
DESCRIPTION OF
Claims (15)
一端にノズル口を有し、前記のノズル口に連通する中間空間を有する外周壁部と、
前記中間空間に連なるガス供給部と、
前記外周壁部内に配置され、外周壁部に対する位置の調整が可能な調整弁を有し、
前記中間空間に調整空間を有し、
前記調整弁は、外周壁部に対する位置に応じて前記調整空間のガス通過形状を変化させて前記ノズル口に供給されるガス流量を調整するものであることを特徴とするガス導入ノズル。 A nozzle that is provided at a plurality of locations in the processing chamber to introduce gas into the processing chamber,
An outer peripheral wall portion having a nozzle opening at one end and having an intermediate space communicating with the nozzle opening,
A gas supply unit connected to the intermediate space,
Arranged in the outer peripheral wall portion, having an adjustment valve capable of adjusting the position with respect to the outer peripheral wall portion,
Having an adjustment space in the intermediate space,
The gas introducing nozzle, wherein the adjusting valve changes a gas passage shape of the adjusting space according to a position with respect to an outer peripheral wall portion to adjust a flow rate of gas supplied to the nozzle opening.
前記調整弁は、外周壁部の軸部方向に対する前後位置に応じて前記調整空間の壁部と調整弁との間の隙間量が変化して前記ガスの通過形状が変化するものであることを特徴とする請求項1記載のガス導入ノズル。 The adjusting valve is capable of adjusting the front-rear position with respect to the axial direction of the outer peripheral wall,
In the adjustment valve, the amount of gap between the wall of the adjustment space and the adjustment valve changes according to the front-back position of the outer peripheral wall with respect to the axial direction, and the passage shape of the gas changes. The gas introduction nozzle according to claim 1, which is characterized in that.
複数のガス導入ノズルでそれぞれガス導入量が調整されたガスを処理室内に均一に拡散させることを特徴とするプラズマ処理方法。 A method for performing plasma treatment in a treatment chamber comprising a plurality of gas introduction nozzles according to any one of claims 1 to 8,
A plasma processing method, which comprises uniformly diffusing a gas having a gas introduction amount adjusted by a plurality of gas introduction nozzles into a processing chamber.
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