JPWO2019138453A1 - 活性ガス生成装置及び成膜処理装置 - Google Patents

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Abstract

本発明は、比較的大きな面積の目標物に対し、各々が同じ流量及び濃度の複数の活性ガスを供給することができる活性ガス生成装置の構造を提供することを目的とする。そして、本発明において、高電圧側電極構成部(1)に設けられる複数のガス供給孔(19)及び接地側電極構成部(2)に設けられる複数のガス噴出孔(29)は、平面視して、複数のガス供給孔(19)及び複数のガス噴出孔(29)が互いに重複することなく配置され、複数のガス供給孔(19)及び複数のガス噴出孔(29)のいずれもが形成されない領域に放電空間DSが設けられる第1の配置関係と、複数のガス噴出孔(29)それぞれは、複数のガス供給孔(19)のうち平面視して隣接する4つのガス供給孔(19)を有し、隣接する4つのガス供給孔(19)それぞれから対応するガス噴出孔(29)に至る4つの距離は全て同一距離(D1)となる第2の配置関係とを満足する。

Description

この発明は、放電空間に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスを生成する活性ガス生成装置に関する。
従来の活性ガス生成装置の一つとして、各々が円盤状の高圧誘電体電極を有する高電圧側電極構成部と接地誘電体電極を有する接地側電極構成部とを平行に設置してなる、円盤状の電極群構成部を用いる構成がある。この構成では、電極群構成部の外周部から内部へと侵入した原料ガスが放電空間(放電場)を通過して活性ガス(ラジカルを含んだガス)となり、得られた活性ガスを下方の接地誘電体電極に1つだけ設けられたガス噴出孔から外部に噴き出している。
接地誘電体電極に設けるガス噴出孔が一つの場合、電極構成部の外周部から供給されるすべての原料ガスが同時間で放電空間を通りエネルギーを受けることが可能と考えられるが、ガス噴出孔を複数個にした場合、電極形状を工夫するなどの対策が必要になる。
誘電体バリア放電(無声放電または沿面放電)を用いて原料ガスにエネルギーを与え活性ガスを生成する場合、ガスの放電空間での滞在時間は原料ガス全てが一定なことが望ましい。その理由は、原料ガスの放電空間における滞在時間が一定でない場合、活性ガスの流量、濃度に差が出るため、ウェハ等の目標物(処理対象基板)に活性ガスを供給して目標物に膜を成膜する際、膜の成膜結果が一定にならない可能性があるからである。
そこで、現在、ガス噴出孔が1個の場合などは円盤状の電極構造や円筒型の電極構造を使用し、原料ガスの放電空間における滞在時間を一定にしている。
図11は円盤状の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置の基本構成を模式的に示す説明図である。同図(a) が上部から斜め下方に視た概略を示す図、同図(b) が断面構造を示す断面図である。図12は図11で示したガス噴出孔9及びその周辺を拡大して示す説明図である。なお、図11及び図12に適宜XYZ直交座標系を示している。
これらの図に示すように、高電圧側電極構成部1Xと、高電圧側電極構成部1Xの下方に設けられる接地側電極構成部2Xとからなる電極群構成部を基本構成としている。高電圧側電極構成部1Xは、誘電体電極11Xと、誘電体電極11Xの上面上に設けられ中央に空間を有する平面視ドーナツ状の金属電極10Xとにより構成される。接地側電極構成部2Xは、誘電体電極21Xと誘電体電極21Xの下面上に設けられ、中央に空間を有する平面視ドーナツ状の金属電極20Xとにより構成される。
そして、誘電体電極21Xの中央部(平面視して金属電極20X及び10Xが重複しない領域)の中心に一つのガス噴出孔9が設けられる。なお、高電圧側電極構成部1X及び接地側電極構成部2Xには図示しない高周波電源によって交流電圧が印加される。
さらに、高周波電源からの交流電圧の印加により誘電体電極11X及び21Xが対向する誘電体空間内において、金属電極10X及び20Xが平面視重複する領域が放電空間DSX(放電場)として規定される。
このような構成において、交流電圧の印加により、高電圧側電極構成部1X及び接地側電極構成部2X間に放電空間DSXが形成され、この放電空間DSXにおけるガスの流れ8に沿って原料ガス6を供給すると、ラジカル化した窒素原子等の活性ガス7を得て、誘電体電極21Xの中心に設けられたガス噴出孔9から下方(−Z方向)の外部に活性ガス7を噴出することができる。
したがって、円盤状の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置は、図12に示すように、放電空間におけるガスの流れ8はその供給方向に関係無く一定にすることができる。
また、接地側電極構成部2Xの下方において、ガス噴出孔9にシャワープレート等の分岐機構を接続して、この分岐機構の下部に設けられた、複数の分岐噴出孔から活性ガスを噴出する分岐機構付活性ガス生成装置が考えられる。
図11及び図12で示した構成は、上述した分岐機構付活性ガス生成装置に比べ、分岐機構を介することなく、直に活性ガスを目標物(処理対象基板)に対し噴出することができるため、活性ガスの搬送距離を短くすることができ、さらに、活性ガスが分岐機構内で分岐する際に活性ガスが減衰するような材料を用いた場合においても高濃度の活性ガスを目標物に供給できる優位性を有している。
図13は円筒の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置の基本構成を模式的に示す説明図である。同図(a) が側面構造を示す図であり、同図(b) が表面構造を示す図である。なお、図13に適宜XYZ直交座標系を示している。
これらの図に示すように、高電圧側電極構成部1Yと、高電圧側電極構成部1Yの内部に設けられる接地側電極構成部2Yとを基本構成としている。
接地側電極構成部2Yは、高電圧側電極構成部1YのXZ平面上における円の中心に設けられた、XZ平面上の断面構造が円となる棒状の金属電極20Yと金属電極20Yの外周を覆って形成される誘電体電極21Yとにより構成される。高電圧側電極構成部1Yは、内部に空間を有し断面構造が円となる中空の円筒状の誘電体電極11Yと誘電体電極11Yの外周を覆って形成される金属電極10Yとにより構成される。
そして、誘電体電極11Yと誘電体電極21Yとの間に設けられる中空領域に放電空間DSYが設けられる。また、高電圧側電極構成部1Y及び接地側電極構成部2Yには図示しない高周波電源によって交流電圧が印加される。
そして、高周波電源からの交流電圧の印加により誘電体電極11Y及び21Yが対向する誘電体空間内において、金属電極10Yの内周領域と及び金属電極20Yの外周領域との間の空間が放電空間DSYとして規定される。
このような構成において、交流電圧の印加により、高電圧側電極構成部1Y及び接地側電極構成部2Y間に放電空間DSYが形成され、一方の端部から、放電空間DSYにおける円筒の高さ方向(Y方向)に沿ったガスの流れ8を有する原料ガス6を供給すると、ラジカル化した窒素原子等の活性ガス7を得て、他方の端部から外部に活性ガス7を噴出することができる。
したがって、円筒の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置は、図13に示すように、放電空間におけるガスの流れ8はその供給方向に関係無く一定にすることができる。
なお、図11及び図12で示した円盤状の電極構造を採用した活性ガス生成装置として、例えば特許文献1で開示されたプラズマ処理装置がある。また、上述した方式と異なる活性ガス生成装置として、大気圧プラズマを用いて活性ガスを生成して成膜等を行う大気圧プラズマ処理装置が例えば特許文献2に開示されている。
特開2011−154973号公報 特開2015−5780号公報
しかしながら、図11及び図12で示した従来のガス生成装置は、放電空間DSXでのガスの滞在時間を一定にして活性ガス7を供給できるが、ガス噴出孔9は一つであるため成膜できる範囲は広くない。
また、上記の構造のガス生成装置を複数個用いて成膜範囲の大面積化に対応させた場合、隣接配置された一対の活性ガス生成装置間におけるガス噴出孔9,9間の距離が少なくとも電極群構成部の直径(半径×2)分の比較的長い距離となるため、目標物に成膜される膜が波を打った膜となり均一な成膜ができないという問題点があった。
このように、特許文献1で開示された活性ガス生成装置等、誘電体バリア放電を利用する活性ガス生成装置を薄膜成膜に応用する場合、成膜される膜の均一性の観点から成膜対象となる広い面積を有する目標物(処理対象基板)に対応することができなかった。
このため、広い面積を有する目標物(処理対象基板)に対応させる場合、同じプラズマを使用し、目標物の直近でプラズマを発生し、ガスにエネルギーを与え活性ガスを生成して薄膜を成膜するプラズマ方式が採用されるが一般的であった。このようなプラズマ方式を採用したのが、特許文献2で開示されたプラズマCVD・ALD装置である。
しかしながら、特許文献2で開示されたプラズマCVD・ALD装置では供給中のガスにプラズマのエネルギーを与え高反応性のガスに変換し供給しているため、プラズマ発生源と目標物の被処理面とを近接配置する必要があり、目標物であるウェハ等の処理面が近接配置されることになる結果、目標物自体がプラズマの影響でダメージを受けてしまうという問題点があった。
本発明では、上記のような問題点を解決し、活性ガス供給対象となる大きな面積を有する目標物に対し、各々が同じ流量及び濃度の複数のガス噴出孔から活性ガスを供給することができる活性ガス生成装置の構造を提供することを目的とする。
この発明における活性ガス生成装置は、放電空間に供給された原料ガスを活性化して得られる活性ガスを生成する活性ガス生成装置であって、第1の電極構成部と前記第1の電極構成部の下方に設けられる第2の電極構成部とを備え、前記第1及び第2の電極構成部に交流電圧が印加され、前記交流電圧の印加により、前記第1及び第2の電極構成部間に前記放電空間が形成され、前記第1の電極構成部は、第1の誘電体電極と前記第1の誘電体電極の上面上に形成される第1の金属電極とを有し、前記第2の電極構成部は、第2の誘電体電極と前記第2の誘電体電極の下面上に形成される第2の金属電極とを有し、前記交流電圧の印加により前記第1及び第2の誘電体電極が対向する誘電体空間内において、前記第1及び第2の金属電極が平面視重複する領域を前記放電空間として含み、前記第1の誘電体電極は、前記原料ガスを前記放電空間に導くための複数のガス供給孔を有し、前記第2の誘電体電極は、前記活性ガスを外部に噴出するための複数のガス噴出孔を有し、前記複数のガス供給孔及び前記複数のガス噴出孔は、前記複数のガス供給孔及び前記複数のガス噴出孔が平面視して互いに重複することなく配置され、平面視して前記複数のガス供給孔及び前記複数のガス噴出孔のいずれもが形成されない領域に前記放電空間が設けられる第1の配置関係と、前記複数のガス噴出孔それぞれは、前記複数のガス供給孔のうち平面視して隣接する少なくとも2つのガス供給孔を有し、前記少なくとも2つのガス供給孔それぞれから、前記複数のガス噴出孔のうち対応するガス噴出孔に至る少なくとも2つの距離は全て同一距離となる第2の配置関係とを、満足するように配置されることを特徴とする。
請求項1記載の本願発明における活性ガス生成装置において、複数のガス供給孔及び複数のガス噴出孔は上記第1及び第2の配置関係を共に満足し、複数のガス噴出孔から活性ガスを外部に噴出することができる。
このため、請求項1記載の本願発明の活性ガス生成装置は、活性ガス供給対象となる大きな形成面積の目標物に対し、各々が均一な濃度及び流量で複数のガス噴出孔から活性ガスを供給することができ、目標物に対し均一な膜を形成する成膜処理を行うことができる。
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
実施の形態1の活性ガス生成装置の構成を模式的に示した説明図である。 実施の形態1の活性ガス生成装置の平面構造を模式的に示した説明図である。 実施の形態1の活性ガス生成装置の構成の詳細を模式的に示した説明図である。 実施の形態1の活性ガス生成装置の平面構造の詳細を示した説明図である。 実施の形態1の活性ガス生成装置の電極構造の詳細を示した説明図である。 実施の形態1の活性ガス生成装置を用いて実現される成膜処理装置における断面構造を模式的に示す説明図である。 実施の形態2の活性ガス生成装置の平面構造を模式的に示した説明図である。 実施の形態2の活性ガス生成装置の平面構造の詳細を示した説明図である。 実施の形態3の活性ガス生成装置の平面構造を模式的に示した説明図である。 実施の形態3の活性ガス生成装置の平面構造の詳細を示した説明図である。 円盤状の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置の基本構成を模式的に示す説明図である。 図11で示したガス噴出孔及びその周辺を拡大して示す説明図である。 円筒の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置の基本構成を模式的に示す説明図である。 図11及び図12で示した従来の活性ガス生成装置の改良構成を模式的に示す説明図である。
<前提技術>
図14は、図11及び図12で示した円盤状の電極構造を採用した従来の活性ガス生成装置の改良構成を模式的に示す説明図である。
同図に示すように、高電圧側電極構成部1Zと、高電圧側電極構成部1Zの下方に設けられる接地側電極構成部2Zとからなる電極群構成部を基本構成としている。なお、図14では、高電圧側電極構成部1Z及び接地側電極構成部2Zそれぞれの金属電極の図示を省略しており、誘電体電極の構造を代表させて示している。
改良構成では、接地側電極構成部2Z(の誘電体電極)に複数のガス噴出孔9を設けたことを特徴としている。
改良構成のように、大きな形成面積の目標物(処理対象基板)に対応させるべく、高電圧側電極構成部1Zに複数のガス噴出孔9を設けた場合、ガスの流れ8で示すように、電極群構成部の円周部より原料ガス6を供給する場合、複数のガス噴出孔9のうち、円周に近いガス噴出孔9と中心に近いガス噴出孔9との間で原料ガス6のガス噴出孔9に至るまでの供給距離に明確な差が生じる。
その結果、高電圧側電極構成部1Z及び接地側電極構成部2間における放電空間における原料ガス6の滞在期間にも明確な差が生じるため、複数のガス噴出孔9からそれぞれ噴出される活性ガス7は流量及び濃度が均一にならない。以下、「複数のガス噴出孔からそれぞれ噴出される活性ガス」を「複数の活性ガス」と略記する場合がある。
また、複数の活性ガス7の流量の一定化を図るべく、高電圧側電極構成部1Zに、複数のガス噴出孔9に対応する複数のガス供給孔を設け、複数のガス供給孔から原料ガス6を供給する変形改良構成が考えられる。以下、「複数のガス供給孔から供給される原料ガス」を「複数の原料ガス」と略記する場合がある。
しかしながら、変形改良構成においても、複数のガス供給孔から供給される原料ガスそれぞれが、高電圧側電極構成部1Z及び接地側電極構成部2Z間に形成される放電空間を通過する通過時間は、複数のガス供給孔及び複数のガス噴出孔の配置の影響を受けるため、不均一になる可能性が非常に高い。
このため、変形改良構成は、複数のガス噴出孔から各々が均一な濃度で活性ガスを噴出させることが難しいという課題を解決することは極めて困難である。
このように、図14で示す改良構成及び上述した変形改良構成は、均一な濃度及び流量で複数の活性ガス7を目標物に供給することができないという課題を有している。
どこで、この課題の解決を図ったのが、以下で述べる実施の形態1〜実施の形態3の活性ガス生成装置である。
<実施の形態1>
図1は、円盤状の電極構造を採用した実施の形態1の活性ガス生成装置の構成を模式的に示した説明図である。図2は実施の形態1の活性ガス生成装置の平面構造を模式的に示した説明図である。図3は実施の形態1の活性ガス生成装置の構成の詳細を模式的に示した説明図である。図4は実施の形態1の活性ガス生成装置の平面構造の詳細を示した説明図である。図5は実施の形態1の活性ガス生成装置の電極構造の詳細を示した説明図である。なお、図5は例えば図4のB−B断面に相当する。
なお、図1〜図3では、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2それぞれの金属電極の図示を省略しており、誘電体電極の構造を代表させて示している。また、図1〜図5にそれぞれXYZ直交座標系を示している。
これらの図に示すように、実施の形態1の活性ガス生成装置は、第1の電極構成部である高電圧側電極構成部1と、高電圧側電極構成部1の下方に設けられる接地側電極構成部2(第2の電極構成部)とからなる電極群構成部100(図6参照)を基本構成としている。
高電圧側電極構成部1は、第1の誘電体電極である誘電体電極11と、誘電体電極11の上面上に設けられ複数の隙間18を離散して有する平面視円盤状の金属電極10(図4,図5参照)とにより構成され、金属電極10が第1の金属電極となる。
接地側電極構成部2は、第2の誘電体電極である誘電体電極21と、誘電体電極21の下面上に設けられ、金属電極10と同様に、複数の隙間28を離散して有する平面視円盤状の金属電極20(図4,図5参照)とにより構成され、金属電極20が第2の金属電極となる。
金属電極10における複数の隙間18及び金属電極20における複数の隙間28は、平面視して完全一致するように設けられる。
そして、誘電体電極11において、平面視して金属電極10及び20が重複しない領域に離散して複数のガス供給孔19が設けられ、誘電体電極21において、平面視して金属電極20及び10が重複しない領域に離散して複数のガス供給孔29が設けられる。複数のガス供給孔19は原料ガス6を後述する放電空間DSに導くために設けられ、複数のガス噴出孔29は活性ガス7を外部に噴出するために設けられる。
図2に示すように、複数のガス供給孔19はX方向及びY方向に沿って等間隔で配置され、複数のガス噴出孔29もX方向及びY方向に沿って等間隔に配置され、複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29は平面視して互いに重複することなく配置され、X方向及びY方向に沿って交互に等間隔に配置される。さらに、X方向及びY方向における最外には必ずガス供給孔19が位置するように配置される。
そして、図5に示すように、金属電極10における複数の隙間18はそれぞれガス供給孔19あるいはガス噴出孔29と平面視一致し、金属電極20における複数の隙間28はそれぞれガス供給孔19あるいはガス噴出孔29と平面視一致するように設けられる。
複数のガス供給孔19はそれぞれ平面視円状の第1の孔径(直径)を有し、複数のガス噴出孔29はそれぞれ平面視円状の第2の孔径を有し、第1の孔径と第2の孔径は同一に設定されている。
加えて、複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29は、以下の第1及び第2の配置関係を満足している。
第1の配置関係:複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29が平面視して互いに重複することなく配置され、平面視して複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29のいずれもが形成されない領域に放電空間DSが設けられる。
第2の配置関係:複数のガス噴出孔29それぞれは、複数のガス供給孔19のうち平面視して隣接する4つ(少なくとも2つ)のガス供給孔19を有し、隣接する4つのガス供給孔19それぞれから、複数のガス噴出孔29のうち対応するガス噴出孔29に至る4つの距離は全て同一距離D1となる(図2参照)。
なお、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2には図示しない高周波電源によって交流電圧が印加される。
さらに、図5に示すように、高周波電源から交流電圧が印加されると、誘電体電極11及び21が対向する誘電体空間内において、金属電極10及び20が平面視重複する領域が放電空間DS(放電場)として規定される。
なお、図3に示すように、高電圧側電極構成部1(誘電体電極11)及び接地側電極構成部2(誘電体電極21)の外周部において円周方向に沿って側面スペーサ30が設けられ、側面スペーサ30が高電圧側電極構成部1を上面、接地側電極構成部2を底面とした円筒の側面を形成するように形成される。なお、図3では接地側電極構成部2を視覚認識可能にすべく、側面スペーサ30を実際の形成位置をよりも下方(−Z方向)に図示している。
さらに、図4に示すように、高電圧側電極構成部1(誘電体電極11)及び接地側電極構成部2(誘電体電極21)間において、離散的に複数の内部スペーサ33を設けても良い。複数の内部スペーサ33は複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29のX方向及びY方向が一致しない位置に配置され、各内部スペーサ33は平面視円状であり、ガス供給孔19及びガス噴出孔29の第1及び第2の孔径より小さい第3の直径を有している。
上述した側面スペーサ30及び複数の内部スペーサ33を設けることにより、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2間の放電空間DSにおけるギャップ長を規定することができる。
さらに、側面スペーサ30によって、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2の外周部である円周側から流入するガスを側面スペーサ30によって確実に防ぐことができる。
このような構成において、図5に示すように、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2間に複数の放電空間DSが離散的に形成されている。
実施の形態1の活性ガス生成装置は、複数のガス供給孔19から原料ガス6が供給されると、交流電圧の印加により、複数の原料ガス6は複数の放電空間DSそれぞれにおけるガスの流れ8に沿って通過する際、各放電空間DSにてラジカル化した窒素原子等の活性ガス7が得られる。そして、誘電体電極21に設けられた複数のガス噴出孔29から下方(−Z方向)の外部に活性ガス7を噴出することができる。
図6は実施の形態1の活性ガス生成装置を用いて実現される成膜処理装置における断面構造を模式的に示す説明図である。なお、図6は、図4のA−A断面の高電圧側電極構成部1,接地側電極構成部2間を模式的に図示している。また、図6において、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2における金属電極10及び金属電極20の図示を省略し、誘電体電極の構造を代表させて示す等、適宜簡略化を図っている。
これらの図を参照して、成膜処理装置の全体構成を説明する。成膜処理チャンバ63は目標物となる処理対象基板であるウェハ64を底面上に載置して収容しており、ウェハ64を処理空間SP33内に収容する基板収容部として機能している。
高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2からなる電極群構成部100は実施の形態1の活性ガス生成装置の主要部であり、成膜処理チャンバ63の上部に配置されている。
そして、電極群構成部100は、複数の原料ガス6から複数の放電空間DSそれぞれにおける放電現象を利用して複数の活性ガス7を得て、接地側電極構成部2(の誘電体電極21)に離散的に形成された複数のガス噴出孔29から活性ガス7を、成膜処理チャンバ63の処理空間SP33内に配置されたウェハ64に向けて噴出する。
このように、図6で示した成膜処理装置における成膜処理チャンバ63は、実施の形態1の活性ガス生成装置の複数のガス噴出孔29から噴出される活性ガス7を直接受けるように配置されることを特徴としている。
すなわち、図6で示した成膜処理装置は、実施の形態1の活性ガス生成装置における電極群構成部100の接地側電極構成部2の下方に配置され、内部のウェハ64(処理対象基板)に複数の活性ガス7による成膜処理を行う成膜処理チャンバ63とを備えている。
このため、成膜処理チャンバ63の処理空間SP33内のウェハ64は、複数のガス噴出孔29から噴出される活性ガス7を直接受けることができるため、成膜処理チャンバ63はウェハ64に対し、実施の形態1の活性ガス生成装置(電極群構成部100)から直接受ける複数の活性ガス7を用いて、ウェハ64の表面上に膜を形成する成膜処理を実行することができる。
実施の形態1の活性ガス生成装置において複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29は上記第1及び第2の配置関係を満足して複数のガス噴出孔29から活性ガス7を外部に噴出することができる。
このため、例えば、実施の形態1の活性ガス生成装置を用いて図6で示す成膜処理装置を構成することにより、複数の活性ガス7を受ける大きな目標物であるウェハ64に対し、各々が均一な流量及び濃度の複数の活性ガス7を噴出することができ、その結果、ウェハ64の表面上に均一な膜を形成する成膜処理を実行することができる。この際、実施の形態1では、複数のガス噴出孔29全てにおいて、各ガス噴出孔29に隣接するガス供給孔19の数は“4”となる。以下、この点を詳述する。
複数のガス噴出孔29のうち任意な一のガス噴出孔29に着目(以下、「着目ガス噴出孔29」と略記)すると、平面視して着目ガス噴出孔29に隣接する4つのガス供給孔19が存在し、隣接する4つのガス供給孔19それぞれから着目ガス噴出孔29に至る4つの距離は全て同一距離D1となる(図2参照)。
したがって、図2,図4及び図5に示すように、着目ガス噴出孔29に隣接する4つのガス供給孔19から供給される4つの原料ガス6は、水平距離(X方向またはY方向)が距離D1となる放電空間DSを通過して、1つの活性ガス7として着目ガス噴出孔29から外部(下方)に噴出されるという、一定条件放電空間通過効果を有している。このように、着目ガス噴出孔29は4つのガス供給孔19から供給される原料ガス6それぞれに対して上記一定条件放電空間通過効果を有している。
なお、複数の内部スペーサ33は、前述したように、複数のガス供給孔19及び複数のガス噴出孔29のX方向及びY方向が一致しない位置に配置されるため、複数の内部スペーサ33の存在が上記一定条件放電空間通過効果に影響を与えることはない。
実施の形態1の活性ガス生成装置は上記第1及び第2の配置関係を満足することにより、複数のガス噴出孔29は全て上記一定条件放電効果通過効果を有しているため、複数の原料ガス6は放電空間DSを同条件(同一距離、同一時間)で通過された結果、各々の濃度及び濃度が同一となる複数の活性ガス7が得られ、これらの複数の活性ガス7が複数のガス噴出孔29から噴出される。
したがって、上述したように、実施の形態1の活性ガス生成装置は、成膜処理チャンバ63の底面と同程度の広い面積を有するウェハ64の表面上に均一な膜を形成する成膜処理を行うことができる効果を奏する。
さらに、実施の形態1の活性ガス生成装置の直下に、図6に示すように成膜処理チャンバ63を追加して成膜処理装置を構成することができる。すなわち、活性ガス生成装置自身が誘電体バリア放電を発生させる放電空間DSを有し、放電空間DSに直結している接地側電極構成部2の誘電体電極21に設けられる複数のガス噴出孔29は、下方の成膜処理チャンバ63に複数の活性ガス7を噴出するためのガス噴出用ノズル機能を兼ねている。
このように、実施の形態1の活性ガス生成装置は、図6で示す成膜処理装置におけるガス噴出用ノズル機能を備えるため、複数のガス噴出孔29で生成した活性ガス7を非常に短いミリ秒以下の短時間で、目標物(処理対象基板)であるウェハ64に供給することができ、放電で生成した寿命が非常に短い活性ガス7であっても、減衰を最小限に抑えて、ウェハ64への成膜時の成膜速度の向上を図ることができる。
<実施の形態2>
図7は実施の形態2の活性ガス生成装置の平面構造を模式的に示した説明図である。図8は実施の形態2の活性ガス生成装置の平面構造の詳細を示した説明図である。なお、図7では、高電圧側電極構成部1B及び接地側電極構成部2Bそれぞれの金属電極の図示を省略しており、誘電体電極の構造を代表させて示している。また、図7及び図8にそれぞれXYZ直交座標系を示している。
これらの図に示すように、第1の電極構成部である高電圧側電極構成部1Bと、高電圧側電極構成部1Bの下方に設けられる接地側電極構成部2B(第2の電極構成部)とからなる電極群構成部を基本構成としている。
高電圧側電極構成部1Bは、第1の誘電体電極である誘電体電極11Bと、誘電体電極11Bの上面上に設けられ、複数の隙間を離散して有する平面視円盤状の金属電極10Bとにより構成され、金属電極10Bが第1の金属電極となる。
接地側電極構成部2Bは、第2の誘電体電極である誘電体電極21Bと、誘電体電極21Bの下面上に設けられ、金属電極10Bと同様に、複数の隙間を離散して有する平面視円盤状の金属電極20Bとにより構成され、金属電極20が第2の金属電極となる。
金属電極10Bにおける複数の隙間及び金属電極20Bにおける複数の隙間は、実施の形態1と同様、平面視して完全一致するように設けられる。
そして、誘電体電極11Bにおいて、平面視して金属電極10B及び20Bが重複しない領域に離散して複数のガス供給孔19Bが設けられ、誘電体電極21Bにおいて、平面視して金属電極20B及び10Bが重複しない領域に離散して複数のガス噴出孔29Bが設けられる。複数のガス供給孔19Bは原料ガス6を放電空間DSに導くために設けられ、複数のガス噴出孔29Bは複数の活性ガス7を外部に噴出するために設けられる。
図7に示すように、複数のガス供給孔19BはX方向及びY方向に沿って等間隔で配置され、複数のガス噴出孔29BもX方向及びY方向に沿って等間隔に配置され、複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29Bは平面視して互いに重複することなく配置され。X方向及びY方向における最外には必ずガス供給孔19Bが位置するように配置される。
さらに、図7及び図8では図示しないが、実施の形態1と同様、金属電極10Bにおける複数の隙間はそれぞれガス供給孔19Bあるいはガス噴出孔29Bと平面視一致し、金属電極20Bにおける複数の隙間はそれぞれガス供給孔19Bあるいはガス噴出孔29Bと平面視一致するように設けられる。
複数のガス供給孔19Bはそれぞれ平面視円状の第1の孔径を有し、複数のガス噴出孔29Bはそれぞれ平面視円状の第2の孔径を有し、第1の孔径と第2の孔径は同一に設定されている。
加えて、複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29Bは、実施の形態1と同様、以下の第1及び第2の配置関係を満足している。
第1の配置関係:複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29Bが平面視して互いに重複することなく配置され、平面視して複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29Bのいずれもが形成されない領域に放電空間DSが設けられる。
第2の配置関係:複数のガス噴出孔29Bそれぞれは、複数のガス供給孔19Bのうち平面視して隣接する3つ(少なくとも2つ)のガス供給孔19Bを有し、隣接する3つのガス供給孔19Bそれぞれから、複数のガス噴出孔29Bのうち対応するガス噴出孔29Bに至る3つの距離は全て同一距離D2となる(図7参照)。
なお、隣接する3つのガス供給孔19Bは、対応するガス噴出孔29Bを中心として、120゜間隔になるよう正三角形状に配置される。
なお、高電圧側電極構成部1B及び接地側電極構成部2Bには図示しない高周波電源によって交流電圧が印加される。
また、図8に示すように、高電圧側電極構成部1B(誘電体電極11B)及び接地側電極構成部2B(誘電体電極21B)間において、離散的に複数の内部スペーサ33Bを設けても良い。複数の内部スペーサ33Bは複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29BのX方向及びY方向が一致しない位置に設けられ、各内部スペーサ33Bは平面視円状であり、ガス供給孔19B及びガス噴出孔29Bの第1及び第2の孔径より小さい第3の直径を有している。
なお、図7及び図8で示していないが、図6のように成膜処理チャンバ63を下方に配置して成膜処理装置が構成できること、側面スペーサ30を有すること等を含む他の構成は、基本的に図1〜図6で示した実施の形態1の活性ガス生成装置と同様であるため、説明を適宜省略している。
このような構成において、実施の形態2の活性ガス生成装置は、実施の形態1と同様、複数のガス供給孔19Bから複数の原料ガス6を供給すると、交流電圧の印加により、複数の原料ガス6が複数の放電空間を通過する際、各放電空間にてラジカル化した窒素原子等の活性ガス7を得ることができる。そして、誘電体電極21Bに設けられた複数のガス噴出孔29Bから下方(−Z方向)の外部に向けて活性ガス7を噴出することができる。
実施の形態2の活性ガス生成装置において複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29Bは上記第1及び第2の配置関係を満足して複数のガス噴出孔29から活性ガス7を外部に噴出することができる。
このため、実施の形態2の活性ガス生成装置は、実施の形態1と同様、複数の活性ガス7を受ける大きな面積のウェハ64(図6参照)等の目標物に対し、各々が均一な流量及び濃度の複数の活性ガス7を供給することができ、その結果、目標物の表面上に均一な膜を成膜する成膜処理を行うことができる。この際、実施の形態2では、一のガス噴出孔29Bに隣接するガス供給孔19Bの数は“3”である。
さらに、実施の形態2の活性ガス生成装置は、実施の形態1と同様、ガス噴出用ノズル機能を備えるため、複数のガス噴出孔29Bから噴出される活性ガス7を非常に短いミリ秒以下の短時間で、ウェハ64等の目標物に供給することができ、放電で生成した寿命の非常に短い活性ガス7であっても、減衰を最小限に抑えて、目標部への成膜時の成膜速度の向上を図ることができる。
<実施の形態3>
図9は実施の形態3の活性ガス生成装置の平面構造を模式的に示した説明図である。図10は実施の形態3の活性ガス生成装置の平面構造の詳細を示した説明図である。なお、図9では、高電圧側電極構成部1C及び接地側電極構成部2Cそれぞれの金属電極の図示を省略しており、誘電体電極の構造を代表させて示している。また、図9及び図10にそれぞれXYZ直交座標系を示している。
これらの図に示すように、第1の電極構成部である高電圧側電極構成部1Cと、高電圧側電極構成部1Cの下方に設けられる接地側電極構成部2C(第2の電極構成部)とからなる電極群構成部を基本構成としている。
高電圧側電極構成部1Cは、第1の誘電体電極である誘電体電極11Cと、誘電体電極11Cの上面上に設けられ複数の隙間を離散して有する平面視円盤状の金属電極10Cとにより構成され、金属電極10Cが第1の金属電極となる。
接地側電極構成部2Cは、第2の誘電体電極である誘電体電極21Cと、誘電体電極21Cの下面上に設けられ、金属電極10Cと同様に、複数の隙間を離散して有する平面視円盤状の金属電極20Cとにより構成され、金属電極20Cが第2の金属電極となる。
金属電極10Cにおける複数の隙間及び金属電極20Cにおける複数の隙間は、実施の形態1と同様、平面視して完全一致するように設けられる。
そして、誘電体電極11Cにおいて、平面視して金属電極10C及び20Cが重複しない領域に離散して複数のガス供給孔19Cが設けられ、誘電体電極21Cにおいて、平面視して金属電極20C及び10Bが重複しない領域に離散して複数のガス噴出孔29Cが設けられる。複数のガス供給孔19Cは複数の原料ガス6を放電空間DSに導くために設けられ、複数のガス噴出孔29Cは複数の活性ガス7を外部に噴出するために設けられる。
図9に示すように、複数のガス供給孔19CはX方向及びY方向に沿って等間隔で配置され、複数のガス噴出孔29CもX方向及びY方向に沿って等間隔に配置され、複数のガス供給孔19C及び複数のガス噴出孔29Cは平面視して互いに重複することなく配置され、X方向及びY方向に沿って交互に等間隔に配置される。さらに、X方向及びY方向における最外には必ずガス供給孔19Cが位置するように配置される。
さらに、図9及び図10では図示しないが、実施の形態1と同様、金属電極10Cにおける複数の隙間はそれぞれガス供給孔19Cあるいはガス噴出孔29Cと平面視一致し、金属電極20Cにおける複数の隙間はそれぞれガス供給孔19Cあるいはガス噴出孔29Cと平面視一致するように設けられる。
複数のガス供給孔19Cはそれぞれ平面視円状の第1の孔径を有し、複数のガス噴出孔29Cはそれぞれ平面視円状の第2の孔径を有し、第1の孔径より第2の孔径が小さく設定されていることを特徴とする。
加えて、複数のガス供給孔19C及び複数のガス噴出孔29Cは、以下の第1及び第2の配置関係を満足している。
第1の配置関係:複数のガス供給孔19C及び複数のガス噴出孔29Cが平面視して互いに重複することなく配置され、平面視して複数のガス供給孔19C及び複数のガス噴出孔29Cのいずれもが形成されない領域に放電空間DSが設けられる。
第2の配置関係:複数のガス噴出孔29Cそれぞれは、複数のガス供給孔19Cのうち平面視して隣接する4つ(少なくとも2つ)のガス供給孔19Cを有し、隣接する4つのガス供給孔19Cそれぞれから、複数のガス噴出孔29Cのうち対応するガス噴出孔29Cに至る4つの距離は全て同一距離D3となる(図9参照)。
なお、高電圧側電極構成部1C及び接地側電極構成部2Cには図示しない高周波電源によって交流電圧が印加される。
また、図10に示すように、高電圧側電極構成部1C(誘電体電極11C)及び接地側電極構成部2C(誘電体電極21C)間において、離散的に複数の内部スペーサ33Cを設けても良い。複数の内部スペーサ33Bは複数のガス供給孔19B及び複数のガス噴出孔29BのX方向及びY方向が一致しない位置に設けられ、各内部スペーサ33Cは平面視円状であり、ガス供給孔19Cの第1の孔径より小さく、ガス噴出孔29Bの第2の孔径と同程度の第3の直径を有している。
なお、図9及び図10で示していないが、活性ガス生成装置の断面構造、図6のように成膜処理チャンバ63を下方に配置して成膜処理装置が構成できること、及び側面スペーサ30を有すること等を含む他の構成は、基本的に図1〜図6で示した実施の形態1の活性ガス生成装置と同様であるため、説明を適宜省略している。
このような構成において、実施の形態3の活性ガス生成装置は、実施の形態1と同様、複数のガス供給孔19Cから原料ガス6を供給すると、交流電圧の印加により、複数の原料ガス6が複数の放電空間を通過すると、各放電空間にてラジカル化した窒素原子等の活性ガス7を得る。そして、誘電体電極21Cに設けられた複数のガス噴出孔29Cから下方(−Z方向)の外部に向けて活性ガス7を噴出することができる。
実施の形態3の活性ガス生成装置において複数のガス供給孔19C及び複数のガス噴出孔29Cは上記第1及び第2の配置関係を満足して複数のガス噴出孔29から活性ガス7を外部に噴出することができる。
このため、実施の形態3の活性ガス生成装置は、実施の形態1と同様、複数の活性ガス7を受ける大きな面積のウェハ64(図6参照)等の目標物に対し、各々が均一な流量及び濃度の複数の活性ガス7を供給することができ、その結果、目標物の表面上に均一な膜を形成する成膜処理を行うことができる。この際、実施の形態3では、一のガス噴出孔29Cに隣接するガス供給孔19Cの数は“4”である。
さらに、実施の形態3の活性ガス生成装置は、実施の形態1と同様、ガス噴出用ノズル機能を備えるため、複数のガス噴出孔29Cで生成した活性ガス7を非常に短いミリ秒以下の短時間で、ウェハ64等の目標物に供給することができ、放電で生成した寿命の非常に短い活性ガス7であっても、減衰を最小限に抑えて、目標物への成膜時の成膜速度の向上を図ることができる。
加えて、実施の形態2の活性ガス生成装置は、ガス供給孔19Cの第1の孔径よりガス噴出孔29Cの第2の孔径を小さくして、第1及び第2の孔径を異なる値に設定している。
このため、上記第1及び第2の孔径を適宜調整することにより、原料ガス6のガス供給部の圧力、活性ガス7のガス噴出部(成膜処理チャンバ63等)の圧力に依存させることなく、高電圧側電極構成部1C及び接地側電極構成部2C間に形成される放電空間の圧力を所望の値に設定することができる。
ガス供給部の圧力をPA、放電空間の圧力をPB、ガス噴出部の圧力をPC、ガス供給孔19Cの孔径RD、ガス噴出孔29Cの孔径をREとすると、PA<PC、PA>PCどちらの場合も圧力PBは圧力PAと圧力PCとの間の圧力に収まる。そして、放電の状態などの関係で圧力PBを変えたい場合は孔径RD,REの関係を以下のように設定すれば良い。すなわち、PA>PCの時に圧力PBを圧力PA側に近づけたい時は孔径RDを大きくするか、孔径REを小さくすることで実現できる。一方、圧力PBをPC側に近づけたい時は孔径RDを小さくするか、孔径REを大きくすることで実現できる。PA<PCの場合も孔径RD,REを同様に変えることで圧力PBの圧力を変えることができる。
<他の態様>
以下、実施の形態1〜実施の形態3の活性ガス生成装置における他の態様を説明する。なお、以下に述べる第1〜第3の態様は実施の形態1〜実施の形態3全てで共通するため、説明の都合上、実施の形態1の活性ガス生成装置を代表して説明する。
(第1の態様(実施の形態1〜実施の形態3で共通))
実施の形態1の活性ガス生成装置において、高電圧側電極構成部1及び接地側電極構成部2のうち、活性ガスと接触する領域であるガス接触領域を石英、あるいはアルミナを構成材料として形成することが望ましい。
上記構成材料で形成した面は、活性ガスに対して化学的に安定な物質であるため、第1の態様は、活性ガス7と接触するガス接触領域との間で、化学反応が少ない状態、すなわち、活性ガス7の失活を抑制した状態で、活性ガス7を複数のガス供給孔19から外部の成膜処理チャンバ等に噴出することができる。
加えて、第1の態様は、活性ガス生成装置の活性ガスとの化学反応に伴う副生成物としての腐食物質の生成も少なくすることができ、その結果として、外部に噴出する活性ガス7にコンタミネーションを含まない、クリーンな活性ガス7を成膜処理チャンバ63等の外部に供給することができ、成膜品質を高める効果が生じる。
(第2の態様(実施の形態1〜実施の形態3で共通))
実施の形態1〜実施の形態3の活性ガス生成装置において、原料ガス6として例えば窒素、酸素、弗素、希ガス及び水素のうち少なくとも一つを含むガスが考えられる。これら原料ガス6が複数のガス噴出孔29から供給され、内部の放電空間DSを通過する際に活性ガス7となり、複数の活性ガス7として、誘電体電極21に設けられた複数のガス噴出孔29から外部、例えは、成膜処理チャンバ63の処理空間SP33(図6参照)へと噴出される。したがって、成膜処理チャンバ63内において、反応性の高い活性ガス7を利用することにより目標物であるウェハ64に対し成膜処理を行うことができる。
このように、第2の態様は、窒素、酸素、弗素、希ガス及び水素のうち少なくとも一つを含む原料ガス6から、より高濃度の活性ガス7を生成することができる。
さらに、第2の態様は、活性ガス7をウェハ64等の目標物への窒化膜や酸化膜の絶縁膜形成の成膜だけでなく、レジスト剥離やエッチング、洗浄ガスとして目標物の表面処理にも利用できる。
加えて、第2の態様は、活性ガスとして水素ガスをウェハ64の表面に供給することで、絶縁膜のエッチング処理や洗浄処理以外の多様な成膜処理に利用できる。
(第3の態様(実施の形態1〜実施の形態3で共通))
実施の形態1〜実施の形態3の活性ガス生成装置において、供給される原料ガス6として、前駆体ガス(プリカーサガス)を採用しても良い。
原料ガス6を、前駆体ガス(プリカーサガス)とすることにより、反応性ガスとしての高アスペクト比なウェハ64等の目標物に対する表面処理用のガスの利用だけでなく、目標物上での成膜に必要な、成膜用の堆積素材となる前駆体ガスについても、目標物に供給して成膜することができる。
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
例えば、実施の形態1及び実施の形態3では、1つのガス噴出孔29(29C)に対し平面視して隣接するガス供給孔19(19C)が4つの場合、実施の形態2では、1つのガス噴出孔29Bに対し平面視して隣接するガス供給孔19Bが3つの場合を示したが、1つのガス噴出孔に対し平面視して隣接するガス供給孔が2つ以上であり、上記第1及び第2の配置関係を満足すれば良い。
1,1B,1C 高電圧側電極構成部
2,2B,2C 接地側電極構成部
10,10B,10C,20,20B,20C 金属電極
11,11B,11C,21,21B,21C 誘電体電極
19,19B,19C ガス供給孔
29,29B,29C ガス噴出孔
63 成膜処理チャンバ
64 ウェハ

Claims (8)

  1. 放電空間(DS)に供給された原料ガス(6)を活性化して得られる活性ガス(7)を生成する活性ガス生成装置であって、
    第1の電極構成部(1,1B,1C)と
    前記第1の電極構成部の下方に設けられる第2の電極構成部(2,2B,2C)とを備え、前記第1及び第2の電極構成部に交流電圧が印加され、前記交流電圧の印加により、前記第1及び第2の電極構成部間に前記放電空間が形成され、
    前記第1の電極構成部は、第1の誘電体電極(11,11B,11C)と前記第1の誘電体電極の上面上に形成される第1の金属電極(10,10B,10C)とを有し、前記第2の電極構成部は、第2の誘電体電極(21,21B,21C)と前記第2の誘電体電極の下面上に形成される第2の金属電極(11,11B,11C)とを有し、前記交流電圧の印加により前記第1及び第2の誘電体電極が対向する誘電体空間内において、前記第1及び第2の金属電極が平面視重複する領域を前記放電空間として含み、
    前記第1の誘電体電極は、前記原料ガスを前記放電空間に導くための複数のガス供給孔(19,19B,19C)を有し、
    前記第2の誘電体電極は、前記活性ガスを外部に噴出するための複数のガス噴出孔(19,29B,29C)を有し、
    前記複数のガス供給孔及び前記複数のガス噴出孔は、
    前記複数のガス供給孔及び前記複数のガス噴出孔が平面視して互いに重複することなく配置され、平面視して前記複数のガス供給孔及び前記複数のガス噴出孔のいずれもが形成されない領域に前記放電空間が設けられる第1の配置関係と、
    前記複数のガス噴出孔それぞれは、前記複数のガス供給孔のうち平面視して隣接する少なくとも2つのガス供給孔を有し、前記少なくとも2つのガス供給孔それぞれから、前記複数のガス噴出孔のうち対応するガス噴出孔に至る少なくとも2つの距離は全て同一距離(D1,D2,D3)となる第2の配置関係とを、満足するように配置されることを特徴とする、
    活性ガス生成装置。
  2. 請求項1記載の活性ガス生成装置であって、
    前記複数のガス供給孔はそれぞれ第1の孔径を有し、
    前記複数のガス噴出孔はそれぞれ第2の孔径を有し、
    前記第1の孔径と前記第2の孔径とが異なることを特徴とする、
    活性ガス生成装置。
  3. 請求項1記載の活性ガス生成装置であって、
    前記第1及び第2の電極構成部のうち、活性ガスと接触する領域であるガス接触領域を石英、またはアルミナを構成材料として形成したことを特徴とする、
    活性ガス生成装置。
  4. 請求項1記載の活性ガス生成装置であって、
    前記原料ガスは、窒素、酸素、弗素、希ガス及び水素のうち少なくとも一つを含むガスである、
    活性ガス生成装置。
  5. 請求項1記載の活性ガス生成装置であって、
    前記原料ガスは、前駆体ガスである、
    活性ガス生成装置。
  6. 請求項1記載の活性ガス生成装置であって、
    前記少なくとも2つのガス供給孔は、4つのガス供給孔である、
    活性ガス生成装置。
  7. 請求項1記載の活性ガス生成装置であって、
    前記少なくとも2つのガス供給孔は、3つのガス供給孔である、
    活性ガス生成装置。
  8. 請求項1から請求項7のうち、いずれか1項に記載の活性ガス生成装置と、
    前記第2の電極構成部の下方に配置され、内部の処理対象基板(64)に対し活性ガスによる成膜処理を行う成膜処理チャンバ(63)とを備え、
    前記成膜処理チャンバは、前記活性ガス生成装置の前記複数のガス噴出孔から噴出される前記活性ガスを直接受けるように配置されることを特徴とする、
    成膜処理装置。
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