WO2020017531A1 - プラズマ処理装置 - Google Patents

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WO2020017531A1
WO2020017531A1 PCT/JP2019/028023 JP2019028023W WO2020017531A1 WO 2020017531 A1 WO2020017531 A1 WO 2020017531A1 JP 2019028023 W JP2019028023 W JP 2019028023W WO 2020017531 A1 WO2020017531 A1 WO 2020017531A1
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gas
processing apparatus
plasma processing
flow rate
gas flow
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PCT/JP2019/028023
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敏彦 酒井
大介 東
誓治 中田
靖典 安東
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日新電機株式会社
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    • H01L21/302Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/3065Plasma etching; Reactive-ion etching

Definitions

  • the present invention relates to a plasma processing apparatus.
  • a plasma processing apparatus that performs film formation or etching by generating inductively coupled plasma is known as a conventional technique.
  • a plasma processing apparatus disclosed in Patent Document 1 is cited.
  • the plasma processing apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a high-frequency antenna that is evacuated and disposed in a vacuum vessel into which gas is introduced.
  • gas is introduced through a plurality of gas introduction ports arranged in a direction along the high frequency antenna.
  • the plasma processing apparatus performs processing on a substrate housed in a vacuum vessel.
  • Patent Literature 1 has the following problems since the gas inlet is merely arranged in the direction along the high frequency antenna. Specifically, in the plasma processing apparatus, the difference in the magnitude of the current flowing in each location in the longitudinal direction of the high-frequency antenna causes a difference in the film formation rate of the film formed on the substrate housed in the vacuum vessel or There is a problem that the film thickness becomes uneven.
  • One object of one embodiment of the present invention is to realize a plasma processing apparatus capable of making a film formation rate and a film thickness of a film formed over a substrate uniform.
  • a plasma processing apparatus includes a plurality of plasma generation antennas provided to face the substrate in a vacuum chamber in which the substrate is housed, A plurality of groups of a plurality of gas ejection ports provided substantially in the vicinity of a line extending in a direction in which the plurality of antennas are arranged in a direction substantially perpendicular to a longitudinal direction of each of the plurality of antennas; And a gas flow control unit for controlling the flow rate of the gas ejected from each of the gas outlet groups.
  • the following effects can be obtained by performing the following processing. Specifically, by controlling the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port so that the plasma generated at each portion of the substrate becomes uniform, the film formation rate and the film formation rate of the film formed on the substrate are controlled. The thickness can be made uniform.
  • the gas outlet provided near the corner of the vacuum container is provided with a gas flow provided at a location other than the vicinity of the corner where the flow rate of gas ejected from the gas outlet provided near the corner is provided. It may be provided so as to be higher than the flow rate of the gas ejected from the ejection port.
  • the gas flow rate can be increased in the vicinity of the corner of the vacuum vessel where the gas flow rate tends to be smaller than at other locations.
  • the plasma generated at each part of the substrate can be made more uniform, and the film formation rate and the film thickness of the film formed on the substrate can be made more uniform.
  • the plurality of antennas include an antenna having a structure in which a conductor portion through which a current flows and a capacitor element that accumulates electric charges are alternately connected in series, and the plurality of gas ejection ports are provided near the conductor portion and the capacitor.
  • a gas outlet provided near the element may be included.
  • the gas ejection ports are provided in accordance with the regular structure of the antenna, when controlling the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port, the plasma generated at each portion of the substrate is more effectively controlled. It can be easily made uniform. Further, even when there is a difference between the generation of plasma near the conductor and the vicinity of the capacitor, the plasma can be made uniform.
  • the plurality of gas outlets may be provided between each of the plurality of antennas when viewed from a direction normal to a plane on which the plurality of antennas are provided.
  • the flow rate of the gas ejected between each of the plurality of antennas can be made uniform.
  • a plasma generation suppressing member may be provided between the antenna and a wall of the vacuum vessel opposite to the substrate with respect to the antenna.
  • a plasma processing apparatus capable of making the film formation rate and film thickness of a film formed over a substrate uniform can be realized.
  • FIG. 2A is a bottom view illustrating the configuration of a plasma processing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2B is a view illustrating an arrangement relationship between an antenna 20 and a gas outlet 30
  • 1A is a cross-sectional view showing a configuration of a cross section of the plasma processing apparatus taken along a line L1 shown in FIG. 1A
  • FIG. 1B is a sectional view taken along a line in a longitudinal direction D1 shown in FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the cross section of a plasma processing apparatus.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an electrical connection of the plasma processing apparatus illustrated in FIG.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an electrical connection of a plasma processing apparatus different from the plasma processing apparatus illustrated in FIG. 3.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the plasma processing apparatus illustrated in FIG.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of a gas flow of the plasma processing apparatus illustrated in FIG.
  • A is a figure which shows the relationship between the electric current which flows into an antenna, and a film-forming rate
  • (b) is a figure which shows the relationship between the gas flow rate and a film-forming rate.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a longitudinal direction of an antenna and a film thickness of a film formed on a substrate.
  • FIG. 9A is a block diagram showing a configuration of a control system of the plasma processing apparatus shown in FIG. 9A
  • FIG. 9B is a block diagram showing a gas flow configuration of the plasma processing apparatus shown in FIG. 9A.
  • FIG. (A) is a block diagram showing a configuration of a control system of a plasma processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention
  • (b) is a configuration of a gas flow of the plasma processing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control system of a plasma processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and (b) is a configuration of a gas flow of the plasma processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control system of a plasma processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention, and (b) is a configuration of a gas flow of the plasma processing apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 1A is a bottom view illustrating a configuration of a plasma processing apparatus 1 according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 1B illustrates an arrangement relationship between an antenna 20 and a gas outlet 30.
  • FIG. FIG. 1A shows a state in which the bottom surface of the vacuum vessel 10 is removed.
  • 1A and 1B, a substrate 40 and a substrate holder 50 described later are omitted.
  • FIG. 2A is a cross-sectional view showing a configuration of a cross section of the plasma processing apparatus 1 along line L1 shown in FIG. 1A
  • FIG. 2B is a cross-sectional view shown in FIG. It is sectional drawing which shows the structure of the cross section of the plasma processing apparatus 1 in the line of longitudinal direction D1.
  • the side on which the gas outlet 30 is provided is referred to as an upper side
  • the side on which the substrate holder 50 is provided is referred to as a lower side.
  • the plasma processing apparatus 1 includes a vacuum vessel 10, a plurality of antennas 20, a substrate holder 50, a plate 60, a power supply 70, and a matching box 80, as shown in FIGS.
  • the plasma processing apparatus 1 performs processing on a substrate 40 disposed in a vacuum vessel 10 using inductively coupled plasma.
  • the plasma processing apparatus 1 is a plasma CVD apparatus for forming a film by a plasma CVD (plasma-enhanced chemical chemical vapor deposition) method, a plasma etching apparatus for performing etching, a plasma ashing apparatus for performing ashing, and a case of performing sputtering. Is also called a plasma sputtering apparatus.
  • the vacuum container 10 is, for example, a metal container, and the inside thereof is evacuated by a vacuum exhaust device (not shown).
  • the vacuum vessel 10 is electrically grounded.
  • the antenna 20 and the substrate holder 50 are arranged in the vacuum container 10.
  • the antenna 20 is a linear antenna for plasma generation, and is provided in the vacuum vessel 10 so as to face the substrate 40 as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b). Specifically, the antenna 20 is disposed above the substrate 40 in the vacuum vessel 10 so as to be along the surface of the substrate 40 (for example, substantially parallel to the surface of the substrate 40). A plurality of antennas 20 are arranged in parallel along the substrate 40 (for example, substantially parallel to the surface of the substrate 40).
  • FIG. 1A shows an example in which six antennas 20 are arranged, but the present invention is not limited to this.
  • each antenna 20 is, for example, copper, aluminum, an alloy thereof, stainless steel, or the like, but is not limited thereto.
  • the antenna 20 may be cooled by making the antenna 20 hollow and allowing a coolant such as cooling water to flow therein.
  • the plurality of antennas 20 are arranged in the vacuum vessel 10 in parallel with each other, as shown in FIG. As shown in FIG. 1B, the plurality of antennas 20 include an antenna having a structure in which a conductor portion 21 through which a current flows and a capacitive element 22 that accumulates electric charges are alternately connected in series. That is, an antenna that does not have the structure may exist among the plurality of antennas 20.
  • the conductor 21 may be, for example, copper, and the capacitor 22 is a capacitor.
  • the plurality of gas outlets 30 are substantially perpendicular to the respective longitudinal directions D1 of the plurality of antennas 20 and extend in a direction in which the plurality of antennas 20 are arranged side by side. It is provided near the line L1. Further, a plurality of groups of a plurality of gas ejection ports 30 are provided. The group of the plurality of gas outlets 30 is a group of the plurality of gas outlets 30 provided in each of the regions A1 to A7 described below.
  • each of the plurality of antennas 20 means to be substantially perpendicular to the extent that the film formation rate and the film thickness of the film formed on the substrate 40 can be made uniform. It is. Further, that the gas ejection port 30 is provided in the vicinity of the line L1 means that the gas ejection port 30 is in the vicinity of the line L1 to the extent that the film formation rate and the film thickness of the film formed on the substrate 40 can be made uniform. It is to be provided in.
  • the gas outlet 30 is provided above the inner surface of the vacuum vessel 10 as shown in FIG. Specifically, the gas ejection port 30 is provided on the wall 13 of the vacuum vessel 10 opposite to the substrate 40 with respect to the antenna 20.
  • the position of each gas outlet 30 may be not limited to the error due to the processing accuracy.
  • the gas spouted from the gas spout 30 is, for example, SiH 4 , but is not limited to this.
  • the plurality of gas outlets 30 include gas outlets provided near the conductor 21 and the capacitor 22 as shown in FIG. 1B.
  • the gas ejection ports 30 are provided in accordance with the regular structure of the antenna 20, when controlling the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port 30, the plasma generated at each location of the substrate 40 is controlled. Uniformity can be more easily achieved. Further, even when there is a difference in the generation of plasma near the conductor 21 and the vicinity of the capacitor 22, the plasma can be made uniform.
  • gas ejection port 30 is provided in the vicinity of the conductor portion 21 and the vicinity of the capacitive element 22 means that the gas ejection port 30 is formed to such an extent that the plasma generated at each portion of the substrate 40 can be more easily made uniform. That is, it is provided near the conductor 21 and near the capacitor 22.
  • the plurality of gas outlets 30 are provided between the plurality of antennas 20. Accordingly, for example, by controlling the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port 30, the flow rate of the gas ejected between each of the plurality of antennas 20 can be made uniform.
  • the substrate 40 is housed in the vacuum vessel 10 and is arranged on the substrate holder 50.
  • the substrate 40 is, for example, a substrate for a flat panel display (FPD) such as a liquid crystal display or an organic EL display, or a flexible substrate for a flexible display.
  • FPD flat panel display
  • the processing performed on the substrate 40 is, for example, film formation by plasma CVD, etching, ashing, sputtering, or the like.
  • the substrate holder 50 holds the substrate 40 and is provided in the vacuum vessel 10.
  • the substrate holder 50 is attached to the bottom surface of the vacuum container 10.
  • a plurality of plates 60 are provided above the inner surface of the vacuum vessel 10 as shown in FIG. Specifically, the plurality of plates 60 are provided in the vacuum vessel 10 between the antenna 20 and the wall 13 of the vacuum vessel 10 opposite to the substrate 40 with respect to the antenna 20.
  • Each plate 60 may be a plasma generation suppressing member, and a part or the whole thereof may be made of a dielectric.
  • the plate 60 is a flat plate arranged to face each of the antennas 20.
  • the plurality of plates 60 may be spread and arranged without a gap, or may be arranged with a gap therebetween.
  • the plate 60 may be composed of a single flat plate member.
  • the material of the plate 60 is preferably a material having a low dielectric constant, for example, ceramics such as alumina, silicon carbide, silicon nitride, quartz glass, non-alkali glass, other inorganic materials, or silicon.
  • ceramics such as alumina, silicon carbide, silicon nitride, quartz glass, non-alkali glass, other inorganic materials, or silicon.
  • the magnitude of the current flowing in each location in the longitudinal direction D1 of the antenna 20 can be made uniform, so that the plasma generated in each location of the substrate 40 can be made more uniform and formed on the substrate 40.
  • the film formation rate and film thickness of the film to be formed can be made more uniform.
  • a hole is formed in the wall of the vacuum vessel 10 and the plate 60, and the gas ejection port 30 is provided with a hole formed in the wall of the vacuum vessel 10 and the plate 60. Formed from the hole formed in the hole.
  • the power supply 70 is a power supply for applying a high frequency for generating inductively coupled plasma in the vacuum vessel 10 to the antenna 20 via the matching box 80.
  • the power supply 70 is electrically connected to the antenna 20 via the matching box 80.
  • a high frequency is applied to the antenna 20 from the power supply 70, a high frequency current flows through the antenna 20, an induced electric field is generated in the vacuum vessel 10, and an inductively coupled plasma is generated.
  • FIG. 2B shows an example in which one power supply 70 is provided, but the present invention is not limited to this.
  • the plurality of gas jets are substantially perpendicular to the longitudinal direction D 1 of each of the plurality of antennas 20 and near the line L 1 extending in the direction in which the plurality of antennas 20 are arranged.
  • An outlet 30 is provided.
  • the following effects can be obtained by performing the following processing. Specifically, for example, by controlling the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port 30 so that the plasma generated at each part of the substrate 40 becomes uniform, the film formed on the substrate 40 is The film formation rate, film thickness, and film quality can be made uniform.
  • the cause of the difference in the magnitude of the current flowing in each location in the longitudinal direction D1 of the antenna 20 is that the current flows to the wall of the vacuum vessel 10 and the adjacent antenna 20 via the plasma.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an electrical connection of the plasma processing apparatus 1.
  • the vacuum vessel 10, the gas outlet 30, the substrate 40, the substrate holder 50, and the plate 60 are omitted.
  • the plasma processing apparatus 1 further includes six current detection units 90 and six impedance control units 100.
  • the current detector 90 is, for example, a resistor and detects a current flowing through the antenna 20.
  • the impedance control unit 100 is a circuit or an element that controls impedance.
  • the power supply 70 is electrically connected to the matching box 80, and the matching box 80 is electrically connected to the six impedance control units 100.
  • the six impedance controllers 100 are electrically connected to the six current detectors 90, respectively. That is, the six impedance control units 100 and the six current detection units 90 correspond one-to-one.
  • the six current detectors 90 are electrically connected to the six antennas 20, respectively. That is, the six current detectors 90 and the six antennas 20 correspond one-to-one.
  • FIG. 3 shows an example in which six current detection units 90 and six impedance control units 100 are provided, but the present invention is not limited to this.
  • the side of the antenna 20 opposite to the side connected to the current detection unit 90 is connected to the ground.
  • FIG. 4 is a diagram showing an electrical connection of a plasma processing apparatus 1a different from the plasma processing apparatus 1 shown in FIG.
  • the plasma processing apparatus 1a is different from the plasma processing apparatus 1 in that adjacent antennas 20 are connected to each other via electric wiring.
  • one end of one of the two adjacent antennas 20 is electrically connected to the current detection unit 90, and the other end of the two antennas 20 is connected to the other antenna of the two adjacent antennas 20.
  • 20 is electrically connected to one end. That is, two adjacent antennas 20 are connected in series.
  • the number of the current detection units 90 and the impedance control units 100 can be reduced to half. That is, the number of the current detection units 90 and the number of the impedance control units 100 are each three. Thereby, the manufacturing cost of the plasma processing apparatus 1a can be reduced.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the plasma processing apparatus 1.
  • the vacuum vessel 10 the antenna 20, the gas outlet 30, the substrate 40, the substrate holder 50, the plate 60, the power source 70, the matching box 80, the current detection unit 90, and the impedance control unit 100 are omitted.
  • the plasma processing apparatus 1 further includes a gas flow controller 110 and gas flow controllers 121 to 127.
  • the gas flow controller 110 controls the gas flow controllers 121 to 127 to control the gas flow passing through the gas flow controllers 121 to 127. Specifically, the gas flow control unit 110 determines the gas flow rate for each gas flow adjustment unit, and transmits a signal indicating the gas flow rate to the gas flow adjustment units 121 to 127.
  • the gas flow rate adjusting units 121 to 127 have a mechanism for adjusting the flow rate of the gas passing therethrough.
  • each of the gas flow controllers 121 to 127 may be, for example, a mass flow controller or a needle valve.
  • the gas flow rate adjusting units 121 to 127 respectively output the gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the regions A1 to A7 shown in FIG. 1A based on the signal received from the gas flow rate control unit 110. Adjust the flow rate.
  • the gas flow rate adjusting unit 121 adjusts the flow rate of the gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the area A1. That is, the flow rate of the gas ejected from the gas ejection ports 30 in which the positions of the antenna 20 in the longitudinal direction D1 are equal to each other is adjusted by one gas flow rate adjustment unit.
  • the number of gas flow control units controlled by the gas flow control unit 110 can be reduced, the number of control parameters of the gas flow control unit 110 can be reduced, and the control of the gas flow control unit 110 can be reduced. It can be simplified. Further, since the number of gas flow rate adjustment units is reduced, the manufacturing cost of the plasma processing apparatus 1 can be reduced.
  • Each of the gas flow rate adjustment units 121 to 127 is connected to a plurality of gas ejection ports 30 included in each of the regions A1 to A7 by a gas flow path.
  • the gas flow rate adjusting unit 121 is connected to a plurality of gas ejection ports 30 included in the area A1 by a gas flow path.
  • the plurality of gas ejection ports 30 may eject the same amount of gas, or may eject different amounts of gas.
  • the amount of gas ejected from the gas outlet 30 near the corner of the vacuum vessel 10 is changed to another amount. It may be larger than the amount of gas ejected from the gas ejection port 30 at the location. That is, the amount of gas ejected from the upper and lower two gas ejection ports 30 in the direction perpendicular to the longitudinal direction D1 may be larger than the amount of gas ejected from the gas ejection ports 30 at other locations. .
  • the gas flow control unit 110 controls the flow rate of the gas ejected from each of the groups of the plurality of gas ejection ports 30.
  • the gas flow rate control unit 110 controls the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port 30 so that the plasma generated at each part of the substrate 40 becomes uniform, The film formation rate, film thickness, and film quality of the formed film can be made uniform.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a gas flow of the plasma processing apparatus 1.
  • the plasma processing apparatus 1 further includes a gas supply unit 130 and gas ejection ports 31 to 37.
  • Gas outlets 31 to 37 indicate all the gas outlets 30 included in the regions A1 to A7 shown in FIG.
  • the gas ejection ports 31 indicate all the gas ejection ports 30 included in the area A1.
  • the gas supply unit 130 is, for example, a gas cylinder, is connected to the gas flow rate adjustment units 121 to 127 by a gas flow path, and supplies gas to the gas flow rate adjustment units 121 to 127.
  • the gas flow rate adjusting units 121 to 127 are provided in a gas flow path between the gas supply unit 130 and the gas ejection ports 31 to 37, respectively.
  • Each of the gas outlets 31 to 37 is connected to the process chamber R1.
  • the process chamber R1 is a space inside the vacuum vessel 10 and a space where a process of forming a film on the substrate 40 is performed.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a relationship between a current flowing through the antenna 20 and a film formation rate.
  • the horizontal axis represents the value Ia normalized by the average value of the six points in the current flowing through the antenna 20, and the vertical axis represents the value normalized by the average value of the six points in the film forming rate. ra.
  • FIG. 7B is a diagram showing a relationship between a gas flow rate and a film formation rate.
  • the horizontal axis is the gas flow rate f (sccm)
  • the vertical axis is the film formation rate r (nm / min).
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the longitudinal direction of the antenna 20 and the thickness of the film formed on the substrate 40.
  • the horizontal axis represents the position LA (mm) in the longitudinal direction D1 of the antenna 20
  • the vertical axis represents the value Ta standardized by the average value of seven points in the film thickness of the film formed on the substrate 40. .
  • ⁇ Circle around (8) ⁇ indicate the positions of the gas ejection ports 30a to 30j.
  • the gas outlets 30a and 30j are located near both ends of the antenna 20 (near the side walls 11 and 12 of the vacuum vessel 10), and the gas outlets 30b to 30i are located near the center of the antenna 20. ing.
  • line T1 shows the result when the set flow rate of gas at gas outlets 30a and 30j is set to 3.2 times the set flow rate of gas at gas outlets 30b to 30i.
  • the line T2 shows the result when the set flow rate of the gas at the gas outlets 30a and 30j is set to 2.2 times the set flow rate of the gas at the gas outlets 30b to 30i.
  • the set flow rate of the gas is a set value of the flow rate of the gas jetted from each of the gas jet ports 30a to 30j set by the gas flow rate control unit 110.
  • the film thickness uniformity by the MAX-MIN method was 11.4%
  • the film thickness uniformity by the MAX-MIN method was 6.4%. Therefore, in the case of the line T2, the film thickness uniformity is improved as compared with the case of the line T1. Accordingly, the thickness of the film formed on the substrate 40 can be made more uniform by determining the set value of the flow rate of the gas ejected from each gas ejection port by the gas flow rate control unit 110.
  • FIG. 9A is a bottom view showing the configuration of a plasma processing apparatus 1A according to Embodiment 2 of the present invention
  • FIG. 9B is another plasma processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. It is a bottom view which shows the structure of 1B.
  • members having the same functions as the members described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • FIGS. 9A and 9B show a state in which the bottom surface of the vacuum vessel 10 is removed.
  • the plasma processing apparatus 1A differs from the plasma processing apparatus 1 in the structure of the gas outlet 30 near the corner of the vacuum vessel 10. Specifically, in the plasma processing apparatus 1A, the number of the gas outlets 30 provided near the corner of the vacuum vessel 10 is larger than the number of the gas outlets 30 provided at locations other than the vicinity of the corner. In FIG. 9A, the number of the gas outlets 30 provided near the corner of the vacuum vessel 10 is two, and the number of the gas outlets 30 provided at a portion other than the vicinity of the corner is one. One.
  • the plasma processing apparatus 1B differs from the plasma processing apparatus 1 in the structure of the gas outlet 30 near the corner of the vacuum vessel 10. Specifically, in the plasma processing apparatus 1B, the size of the diameter of the gas outlet 30B provided near the corner of the vacuum vessel 10 is changed to the diameter of the gas outlet 30 provided at a location other than the vicinity of the corner. Greater than the size of.
  • the gas ejection ports 30 are provided as described below.
  • the gas outlet 30 provided near the corner of the vacuum vessel 10 is provided at a location other than the vicinity of the corner where the flow rate of the gas injected from the gas outlet 30 provided near the corner is different. Is provided so as to be greater than the flow rate of the gas ejected from the gas ejection port 30 provided in the hopper.
  • the flow rate of the gas can be increased near the corner of the vacuum vessel 10 where the flow rate of the gas tends to be lower than at other locations.
  • the plasma generated at each part of the substrate 40 can be made more uniform, and the film formation rate, film thickness, and film quality of the film formed on the substrate 40 can be made more uniform.
  • the provision of the gas ejection port 30 near the corner of the vacuum vessel 10 means that the film ejection rate and the film thickness of the film formed on the substrate 40 can be made more uniform. Is provided near the corner of the vacuum vessel 10.
  • FIG. 10A is a block diagram illustrating a configuration of a control system of the plasma processing apparatus 1A.
  • the plasma processing apparatus 1A further includes a gas flow controller 110 and gas flow controllers 121A to 123A.
  • the gas flow controller 110 controls the gas flow controllers 121A to 123A to adjust the flow rate of the gas passing through the gas flow controllers 121A to 123A.
  • the gas flow adjusting units 121A to 123A have the same structure and function as the gas flow adjusting units 121 to 127.
  • the gas flow rate adjusting units 121A to 123A adjust the flow rate of the gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in each of the regions AB1 to AB3 shown in FIG.
  • the gas flow rate adjustment unit 121A adjusts the flow rate of gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the area AB1.
  • the plasma processing apparatus 1B shown in FIG. 9B may have the same control system configuration as the plasma processing apparatus 1A.
  • FIG. 10B is a block diagram illustrating a configuration of a gas flow of the plasma processing apparatus 1A.
  • the plasma processing apparatus 1A further includes a gas supply unit 130 and gas outlets 31A to 33A.
  • Gas outlets 31A to 33A indicate all gas outlets 30 included in regions AB1 to AB3 shown in FIG. 9A, respectively.
  • the gas ejection ports 31A indicate all the gas ejection ports 30 included in the area AB1.
  • the gas supply unit 130 is connected to the gas flow rate adjustment units 121A to 123A via a gas flow path, and supplies the gas to the gas flow rate adjustment units 121A to 123A.
  • the gas flow adjusting units 121A to 123A are provided in the gas flow path between the gas supply unit 130 and the gas ejection ports 31A to 33A, respectively.
  • the plasma processing apparatus 1B shown in FIG. 9B may have the same gas flow configuration as the plasma processing apparatus 1A.
  • the sizes of the regions AB1 to AB3 do not have to be the same as each other, and the gas ejection ports 30 provided near the side walls 11, 12 of the vacuum vessel 10 in which the gas flow rate tends to decrease. May be controlled in an area smaller than other locations. That is, in the plasma processing apparatus 1A, the size of the regions AB1 and AB3 may be smaller than the size of the region AB2.
  • the number of gas flow control units controlled by the gas flow control unit 110 can be further reduced, the number of control parameters of the gas flow control unit 110 can be further reduced, and the number of control parameters of the gas flow control unit 110 can be reduced. Control can be further simplified.
  • the manufacturing cost of the plasma processing apparatus 1 can be further reduced.
  • FIG. 11A is a block diagram showing a configuration of a control system of a plasma processing apparatus 1C according to Embodiment 3 of the present invention
  • FIG. 11B is a plasma processing according to Embodiment 3 of the present invention. It is a block diagram showing composition of a flow of gas of device 1C.
  • members having the same functions as the members described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • the plasma processing apparatus 1C further includes a gas flow controller 110 and gas flow controllers 121C and 122C.
  • the structure of the plasma processing apparatus 1C may be the same as that of the plasma processing apparatus 1A in the range shown in FIG.
  • the gas flow controller 110 controls the gas flow controllers 121C and 122C to adjust the flow rate of the gas passing through the gas flow controllers 121C and 122C.
  • the gas flow rate adjusters 121C and 122C have the same structure and functions as the gas flow rate adjusters 121 to 127.
  • the gas flow rate adjustment unit 121C adjusts the flow rate of gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the areas AB1 and AB3 shown in FIG.
  • the gas flow rate adjustment unit 122C adjusts the flow rate of gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the area AB2 illustrated in FIG.
  • the plasma processing apparatus 1C further includes a gas supply unit 130 and gas ejection ports 31A to 33A.
  • the gas supply unit 130 is connected to the gas flow rate adjustment units 121C and 122C by a gas flow path, and supplies the gas to the gas flow rate adjustment units 121C and 122C.
  • the gas flow control unit 121C is provided in a gas flow path between the gas supply unit 130 and the gas ejection ports 31A and 33A.
  • the gas flow rate adjustment unit 122C is provided in a gas flow path between the gas supply unit 130 and the gas ejection port 32A.
  • the plasma processing apparatus 1C is ejected from the gas ejection ports 31A, 33A provided near the side walls 11, 12 on both sides of the vacuum vessel 10 by which the gas flow rate is easily reduced by one gas flow rate adjustment unit 121C. May be adjusted.
  • the number of gas flow control units controlled by the gas flow control unit 110 can be further reduced as compared with the plasma processing apparatus 1A, so that control of the gas flow control unit 110 can be further simplified, The manufacturing cost of the plasma processing apparatus 1C can be further reduced.
  • FIG. 12A is a block diagram illustrating a configuration of a control system of a plasma processing apparatus 1D according to Embodiment 4 of the present invention
  • FIG. 12B is a plasma processing according to Embodiment 4 of the present invention. It is a block diagram showing composition of a flow of gas of device 1D.
  • members having the same functions as the members described in the above embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
  • the plasma processing apparatus 1D further includes a gas flow controller 110 and gas flow controllers 121D and 122D.
  • the structure of the plasma processing apparatus 1D may be the same as that of the plasma processing apparatus 1A in the range shown in FIG.
  • the gas flow controller 110 controls the gas flow controllers 121D and 122D to adjust the flow rate of the gas passing through the gas flow controllers 121D and 122D.
  • the gas flow adjusters 121D and 122D have the same structure and functions as the gas flow adjusters 121 to 127.
  • the gas flow rate adjustment unit 121D adjusts the flow rate of gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the areas AB1 and AB3 shown in FIG.
  • the gas flow rate adjustment unit 122D adjusts the flow rate of gas ejected from the plurality of gas ejection ports 30 included in the area AB2 illustrated in FIG.
  • the plasma processing apparatus 1D further includes a gas supply unit 130 and gas ejection ports 31A to 33A.
  • the gas supply unit 130 is connected to the gas flow adjustment unit 121D by a gas flow path, and supplies the gas to the gas flow adjustment unit 121D.
  • the gas flow rate adjustment unit 122D is provided in a gas flow path between the gas flow rate adjustment unit 121D and the gas ejection ports 31A and 33A. Further, the gas flow rate adjustment unit 121D is provided in a gas flow path between the gas supply unit 130, the gas flow rate adjustment unit 122D, and the gas ejection port 32A.
  • the plasma processing apparatus 1D adjusts the total flow rate of the gas ejected to the gas ejection ports 31A to 33A by the gas flow rate adjustment unit 121D, and adjusts the gas ejection ports 31A to 33A with respect to the total flow rate by the gas flow rate adjustment unit 122D. May be adjusted. This makes it easy to grasp the total flow rate of the gas introduced into the vacuum vessel 10 even when the type of gas introduced into the vacuum vessel 10 is large, and to set the control parameters of the gas flow rate control unit 110. Can be reduced.
  • control blocks (particularly the gas flow control unit 110) of the plasma processing apparatuses 1, 1A to 1D may be realized by a logic circuit (hardware) formed on an integrated circuit (IC chip) or the like, or may be realized by software. You may.
  • the plasma processing apparatuses 1 and 1A to 1D include a computer that executes instructions of a program that is software for realizing each function.
  • the computer includes, for example, one or more processors and a computer-readable recording medium storing the program. Then, in the computer, the object of the present invention is achieved when the processor reads the program from the recording medium and executes the program.
  • a CPU Central Processing Unit
  • the recording medium in addition to “temporary tangible medium”, for example, ROM (Read Only Memory), tape, disk, card, semiconductor memory, programmable logic circuit, and the like can be used. Further, a RAM (Random Access Memory) for expanding the program may be further provided.
  • the program may be supplied to the computer via an arbitrary transmission medium (a communication network, a broadcast wave, or the like) capable of transmitting the program.
  • a transmission medium a communication network, a broadcast wave, or the like
  • One embodiment of the present invention can also be realized in the form of a data signal embedded in a carrier wave, in which the program is embodied by electronic transmission.
  • Plasma processing apparatus Vacuum container 13 Wall 20 Antenna 21 Conductor part 22 Capacitance element 30, 31 to 37, 30a to 30j, 30B, 31A to 33A Gas outlet 40 Substrate 60 Plate ( Plasma generation suppression member) 110 Gas flow control unit D1 Longitudinal direction L1 line

Abstract

基板に形成される膜の成膜レート及び膜厚を均一にすることができるプラズマ処理装置を実現する。プラズマ処理装置(1)は、真空容器(10)内に設けられたプラズマ生成用のアンテナ(20)を複数備え、複数のアンテナ(20)のそれぞれの長手方向(D1)に対して略垂直であり、かつ、複数のアンテナ(20)が互いに並ぶ方向に延伸する線(L1)の近傍に設けられた複数のガス噴出口(30)の群が複数設けられ、複数のガス噴出口(30)の群のそれぞれから噴出されるガスの流量を制御するガス流量制御部をさらに備える。

Description

プラズマ処理装置
  本発明はプラズマ処理装置に関する。
  誘導結合型のプラズマを生成することにより成膜またはエッチングを行うプラズマ処理装置が従来技術として知られている。このようなプラズマ処理装置としては、例えば、特許文献1に開示されているプラズマ処理装置が挙げられる。
  特許文献1に開示されているプラズマ処理装置は、真空排気され、かつ、ガスが導入される真空容器内に配置された高周波アンテナを備えている。当該プラズマ処理装置では、高周波アンテナに沿う方向に配置された複数のガス導入口を経由してガスが導入される。前記プラズマ処理装置は、真空容器内に収容された基板に対して処理を行う。
特開2016-149287号公報(2016年8月18日公開)
  しかしながら、特許文献1に開示されているプラズマ処理装置では、ガス導入口が高周波アンテナに沿う方向に配置されているだけであるため、下記の問題がある。具体的には、当該プラズマ処理装置では、高周波アンテナの長手方向における各箇所に流れる電流の大きさに差が生じることにより、真空容器内に収容された基板に形成される膜の成膜レートまたは膜厚が不均一になるという問題がある。
  本発明の一態様は、基板に形成される膜の成膜レート及び膜厚を均一にすることができるプラズマ処理装置を実現することを目的とする。
  前記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るプラズマ処理装置は、基板が収容される真空容器内において前記基板に対向するように設けられたプラズマ生成用のアンテナを複数備え、前記複数のアンテナのそれぞれの長手方向に対して略垂直であり、かつ、前記複数のアンテナが互いに並ぶ方向に延伸する線の近傍に設けられた複数のガス噴出口の群が複数設けられ、前記複数のガス噴出口の群のそれぞれから噴出されるガスの流量を制御するガス流量制御部をさらに備える。
  前記構成によれば、アンテナの長手方向における各箇所に流れる電流の大きさに差が生じても、下記の処理を行うことにより下記の効果が得られる。具体的には、基板の各箇所で生成されるプラズマが均一になるように、各ガス噴出口から噴出されるガスの流量を制御することにより、基板に形成される膜の成膜レート及び膜厚を均一にすることができる。
  前記真空容器の角部の近傍に設けられる前記ガス噴出口は、当該角部の近傍に設けられる前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量が前記角部の近傍以外の箇所に設けられる前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量より多くなるように設けられていてもよい。
  前記構成によれば、他の箇所に比べてガスの流量が少なくなりやすい真空容器の角部の近傍において、ガスの流量を多くすることができる。これにより、基板の各箇所で生成されるプラズマをより均一にすることができ、基板に形成される膜の成膜レート及び膜厚もより均一にすることができる。
  前記複数のアンテナは、電流が流れる導体部と、電荷を蓄積する容量素子とが交互に直列接続された構造を有するアンテナを含み、前記複数のガス噴出口は、前記導体部の近傍及び前記容量素子の近傍に設けられるガス噴出口を含んでもよい。
  前記構成によれば、ガス噴出口がアンテナの規則的な構造に合わせて設けられるため、各ガス噴出口から噴出されるガスの流量を制御する際、基板の各箇所で生成されるプラズマをより容易に均一にすることができる。また、導体部の近傍及び容量素子の近傍におけるプラズマの生成に差異が生じる場合であっても、プラズマを均一にすることができる。
  前記複数のアンテナが設けられている平面に対する法線方向から見て、前記複数のガス噴出口は、前記複数のアンテナのそれぞれの間に設けられていてもよい。
  前記構成によれば、例えば、各ガス噴出口から噴出されるガスの流量を制御することにより、複数のアンテナのそれぞれの間に噴出されるガスの流量を均一にすることができる。
  前記真空容器内において、前記アンテナと前記アンテナに対して前記基板とは反対側の前記真空容器の壁との間にプラズマ生成抑制部材が設けられていてもよい。
  前記構成によれば、アンテナと真空容器の壁との間にプラズマが生成されることを抑制することができる。このため、アンテナに流れる電流が、アンテナと真空容器の壁との間の空間を介してアンテナから真空容器の壁に流出してしまうことを抑制することができる。これにより、アンテナの長手方向における各箇所に流れる電流の大きさを均一にすることができるため、基板の各箇所で生成されるプラズマをより均一にすることができ、基板に形成される膜の成膜レート及び膜厚もより均一にすることができる。
  本発明の一態様によれば、基板に形成される膜の成膜レート及び膜厚を均一にすることができるプラズマ処理装置を実現することができる。
(a)は、本発明の実施形態1に係るプラズマ処理装置の構成を示す底面図    であり、(b)は、アンテナ20とガス噴出口30との配置関係を示す図である。 (a)は、図1の(a)に示す線L1におけるプラズマ処理装置の断面の構成を示す断面図であり、(b)は、図1の(a)に示す長手方向D1の線におけるプ    ラズマ処理装置の断面の構成を示す断面図である。 図1の(a)に示すプラズマ処理装置の電気的接続を示す図である。 図3に示すプラズマ処理装置とは別のプラズマ処理装置の電気的接続を示す図である。 図1の(a)に示すプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図である。 図1の(a)に示すプラズマ処理装置のガスの流れの構成を示すブロック図である。 (a)は、アンテナに流れる電流と成膜レートとの関係を示す図であり、(b)は、ガスの流量と成膜レートとの関係を示す図である。 アンテナの長手方向と基板に形成される膜の膜厚との関係を示す図である。 (a)は、本発明の実施形態2に係るプラズマ処理装置の構成を示す底面図であり、(b)は、本発明の実施形態2に係る別のプラズマ処理装置の構成を示す底面図である。 (a)は、図9の(a)に示すプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図であり、(b)は、図9の(a)に示すプラズマ処理装置のガスの流れの構成を示すブロック図である。 (a)は、本発明の実施形態3に係るプラズマ処理装置の制御系の構成を    示すブロック図であり、(b)は、本発明の実施形態3に係るプラズマ処理装置のガスの流れの構成を示すブロック図である。 (a)は、本発明の実施形態4に係るプラズマ処理装置の制御系の構成を示すブロック図であり、(b)は、本発明の実施形態4に係るプラズマ処理装置のガスの流れの構成を示すブロック図である。
  〔実施形態1〕
  (プラズマ処理装置1の構成)
  図1の(a)は、本発明の実施形態1に係るプラズマ処理装置1の構成を示す底面図であり、図1の(b)は、アンテナ20とガス噴出口30との配置関係を示す図である。なお、図1の(a)は、真空容器10の底面を除いた状態を示している。また、図1の(a)及び(b)では、後述する基板40及び基板ホルダ50を省略している。
  図2の(a)は、図1の(a)に示す線L1におけるプラズマ処理装置1の断面の構成を示す断面図であり、図2の(b)は、図1の(a)に示す長手方向D1の線におけるプラズマ処理装置1の断面の構成を示す断面図である。なお、プラズマ処理装置1において、ガス噴出口30が設けられている側を上方、基板ホルダ50が設けられている側を下方と称する。
  プラズマ処理装置1は、図1及び図2に示すように、真空容器10、複数のアンテナ20、基板ホルダ50、プレート60、電源70、及びマッチングボックス80を備えている。プラズマ処理装置1は、誘導結合型のプラズマを用いて、真空容器10内に配置された基板40に処理を施すものである。プラズマ処理装置1は、プラズマCVD(plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition)法によって膜形成を行う場合はプラズマCVD装置、エッチングを行う場合はプラズマエッチング装置、アッシングを行う場合はプラズマアッシング装置、スパッタリングを行う場合はプラズマスパッタリング装置とも呼ばれる。
  真空容器10は、例えば金属製の容器であり、その内部は真空排気装置(図示せず)によって真空排気される。真空容器10は電気的に接地されている。真空容器10内には、図2の(a)及び(b)に示すように、アンテナ20及び基板ホルダ50が配置されている。
  アンテナ20は、プラズマ生成用の直線状のアンテナであり、図2の(a)及び(b)に示すように、真空容器10内において基板40に対向するように設けられている。具体的には、アンテナ20は、真空容器10内における基板40の上方に、基板40の表面に沿うように(例えば、基板40の表面と実質的に平行に)配置されている。アンテナ20を複数、基板40に沿うように(例えば、基板40の表面と実質的に平行に)並列に配置している。
  このようにすると、より広い範囲で均一性のよいプラズマを発生させることができ、より大型の基板40の処理に対応することができる。図1の(a)では、アンテナ20が6本配置されている例を示しているが、これに限定されない。
  アンテナ20の両端部付近は、図1の(a)に示すように、真空容器10における互いに対向する一対の側壁11、12をそれぞれ貫通している。アンテナ20の両端部を真空容器10の外へ貫通させる部分には、絶縁部材(図示せず)がそれぞれ設けられている。この各絶縁部材を、アンテナ20の両端部が貫通しており、その貫通部は例えばパッキン(図示せず)によって真空シールされている。この絶縁部材を介してアンテナ20は、真空容器10の相対向する側壁11、12に対して電気的に絶縁された状態で支持される。各絶縁部材と真空容器10との間も、例えばパッキン(図示せず)によって真空シールされている。
  また、各アンテナ20の材質は、例えば、銅、アルミニウム、これらの合金、ステンレス等であるが、これらに限定されるものではない。なお、アンテナ20を中空にして、その中に冷却水等の冷媒を流すことにより、アンテナ20を冷却するようにしてもよい。
  複数のアンテナ20は、図1の(a)に示すように、真空容器10内に互いに平行に複数配置されている。また、複数のアンテナ20は、図1の(b)に示すように、電流が流れる導体部21と、電荷を蓄積する容量素子22とが交互に直列接続された構造を有するアンテナを含む。つまり、複数のアンテナ20のうち、当該構造を有しないアンテナが存在していてもよい。なお、導体部21は、例えば銅であってもよく、容量素子22はコンデンサである。
  複数のガス噴出口30は、図1の(a)に示すように、複数のアンテナ20のそれぞれの長手方向D1に対して略垂直であり、かつ、複数のアンテナ20が互いに並ぶ方向に延伸する線L1の近傍に設けられている。また、複数のガス噴出口30の群が複数設けられている。複数のガス噴出口30の群とは、後述する各領域A1~A7のそれぞれに設けられた複数のガス噴出口30の群である。
  複数のアンテナ20のそれぞれの長手方向D1に対して略垂直であるとは、基板40に形成される膜の成膜レート及び膜厚を均一にすることができる程度に、略垂直であるということである。また、ガス噴出口30が線L1の近傍に設けられるとは、基板40に形成される膜の成膜レート及び膜厚を均一にすることができる程度に、ガス噴出口30が線L1の近傍に設けられるということである。
  また、ガス噴出口30は、図2の(a)に示すように、真空容器10の内面の上方に設けられている。具体的には、ガス噴出口30は、アンテナ20に対して基板40とは反対側の真空容器10の壁13に設けられている。各ガス噴出口30の位置は、加工精度による誤差の分だけならずれてもよい。ガス噴出口30から噴出されるガスは、例えば、SiHであるが、これに限定されない。
  複数のガス噴出口30は、図1の(b)に示すように、導体部21の近傍及び容量素子22の近傍に設けられるガス噴出口を含む。これにより、ガス噴出口30がアンテナ20の規則的な構造に合わせて設けられるため、各ガス噴出口30から噴出されるガスの流量を制御する際、基板40の各箇所で生成されるプラズマをより容易に均一にすることができる。また、導体部21の近傍及び容量素子22の近傍におけるプラズマの生成に差異が生じる場合であっても、プラズマを均一にすることができる。
  ガス噴出口30が導体部21の近傍及び容量素子22の近傍に設けられるとは、基板40の各箇所で生成されるプラズマをより容易に均一にすることができる程度に、ガス噴出口30が導体部21の近傍及び容量素子22の近傍に設けられるということである。
  また、図1の(a)に示すように、複数のアンテナ20が設けられている平面に対する法線方向から見て、複数のガス噴出口30は、複数のアンテナ20のそれぞれの間に設けられる。これにより、例えば、各ガス噴出口30から噴出されるガスの流量を制御することにより、複数のアンテナ20のそれぞれの間に噴出されるガスの流量を均一にすることができる。
  基板40は、真空容器10内に収容され、基板ホルダ50の上に配置される。基板40は、例えば、液晶ディスプレイもしくは有機ELディスプレイ等のフラットパネルディスプレイ(FPD)用の基板、またはフレキシブルディスプレイ用のフレキシブル基板等である。また、基板40に施す処理は、例えば、プラズマCVD法による膜形成、エッチング、アッシング、またはスパッタリング等である。
  基板ホルダ50は、基板40を保持し、真空容器10内に設けられている。基板ホルダ50は、真空容器10の底面に取り付けられている。プレート60は、図2の(b)に示すように、真空容器10の内面の上方に複数設けられている。具体的には、複数のプレート60は、真空容器10内において、アンテナ20とアンテナ20に対して基板40とは反対側の真空容器10の壁13との間に設けられている。
  各プレート60は、プラズマ生成抑制部材であってもよく、その一部または全体が誘電体から構成されていてもよい。プレート60は、各アンテナ20それぞれに対向するように配置された平板状のものである。複数のプレート60は、隙間なく敷き詰められて配置されてもよく、互いに隙間を空けて配置されてもよい。なお、プレート60は、単一の平板部材から構成されていてもよい。
  プレート60の材質は、低誘電率のものが好ましく、例えばアルミナ、炭化ケイ素、窒化ケイ素等のセラミックス、石英ガラス、無アルカリガラス、その他の無機材料、またはシリコン等である。これにより、アンテナ20と真空容器10の壁13との間の静電容量がより小さくなり、プレート60を通してアンテナ20から真空容器10の壁13へ流出する高周波電流がより小さくなる。
  以上により、アンテナ20と真空容器10の壁13との間にプラズマが生成されることを抑制することができる。このため、アンテナ20に流れる電流が、アンテナ20と真空容器10の壁13との間の空間を介してアンテナ20から真空容器10の壁13に流出してしまうことを抑制することができる。これにより、アンテナ20の長手方向D1における各箇所に流れる電流の大きさを均一にすることができるため、基板40の各箇所で生成されるプラズマをより均一にすることができ、基板40に形成される膜の成膜レート及び膜厚もより均一にすることができる。
  また、図2の(a)に示すように、真空容器10の壁及びプレート60には穴が形成されており、ガス噴出口30は、真空容器10の壁に形成された穴、及びプレート60に形成された穴から形成される。
  電源70は、真空容器10内に誘導結合型のプラズマを生成するための高周波を、マッチングボックス80を介して、アンテナ20に印加する電源である。電源70は、マッチングボックス80を介して、アンテナ20と電気的に接続されている。なお、アンテナ20に電源70から高周波を印加することにより、アンテナ20には高周波電流が流れて、真空容器10内に誘導電界が発生して誘導結合型のプラズマが生成される。図2の(b)では、電源70が1つ設けられている例を示しているが、これに限定されない。
  以上により、プラズマ処理装置1では、複数のアンテナ20のそれぞれの長手方向D1に対して略垂直であり、かつ、複数のアンテナ20が互いに並ぶ方向に延伸する線L1の近傍に、複数のガス噴出口30が設けられる。
  これにより、アンテナ20の長手方向D1における各箇所に流れる電流の大きさに差が生じても、下記の処理を行うことにより下記の効果が得られる。具体的には、例えば、基板40の各箇所で生成されるプラズマが均一になるように、各ガス噴出口30から噴出されるガスの流量を制御することにより、基板40に形成される膜の成膜レート、膜厚、及び膜質を均一にすることができる。
  なお、アンテナ20の長手方向D1における各箇所に流れる電流の大きさに差が生じる原因としては、プラズマを介して真空容器10の壁、及び隣接するアンテナ20に電流が流れることが挙げられる。
  (プラズマ処理装置1の電気的接続)
  図3は、プラズマ処理装置1の電気的接続を示す図である。なお、図3では、真空容器10、ガス噴出口30、基板40、基板ホルダ50、及びプレート60を省略している。プラズマ処理装置1は、図3に示すように、6つの電流検出部90及び6つのインピーダンス制御部100をさらに備えている。電流検出部90は、例えば、抵抗であり、アンテナ20に流れる電流を検出するためのものである。インピーダンス制御部100は、インピーダンスを制御する回路または素子である。
  図3に示すように、電源70は、マッチングボックス80と電気的に接続されており、マッチングボックス80は、6つのインピーダンス制御部100と電気的に接続されている。6つのインピーダンス制御部100はそれぞれ、6つの電流検出部90と電気的に接続されている。つまり、6つのインピーダンス制御部100と6つの電流検出部90とが一対一に対応している。6つの電流検出部90はそれぞれ、6つのアンテナ20と電気的に接続されている。つまり、6つの電流検出部90と6つのアンテナ20とが一対一に対応している。
  なお、図3では、電流検出部90が6つ、インピーダンス制御部100が6つ設けられている例を示しているが、これに限定されない。アンテナ20における電流検出部90と接続している側とは反対側は、グランドと接続している。
  (プラズマ処理装置1aの電気的接続)
  図4は、図3に示すプラズマ処理装置1とは別のプラズマ処理装置1aの電気的接続を示す図である。プラズマ処理装置1aは、図4に示すように、プラズマ処理装置1と比べて、隣接するアンテナ20が互いに電気配線を介して接続されている点が異なる。具体的には、隣接する2つのアンテナ20のうち一方のアンテナ20の一端が電流検出部90と電気的に接続され、当該アンテナ20の他端が、隣接する2つのアンテナ20のうち他方のアンテナ20の一端と電気的に接続されている。つまり、隣接する2つのアンテナ20は直列接続されている。
  隣接する2つのアンテナ20が直列接続されることにより、電流検出部90及びインピーダンス制御部100の数を半分にすることができる。つまり、電流検出部90及びインピーダンス制御部100の数はそれぞれ3つになる。これにより、プラズマ処理装置1aの製造コストを削減することができる。
  (プラズマ処理装置1の制御系の構成)
  図5は、プラズマ処理装置1の制御系の構成を示すブロック図である。なお、図5では、真空容器10、アンテナ20、ガス噴出口30、基板40、基板ホルダ50、プレート60、電源70、マッチングボックス80、電流検出部90、及びインピーダンス制御部100を省略している。プラズマ処理装置1は、図5に示すように、ガス流量制御部110及びガス流量調整部121~127をさらに備えている。
  ガス流量制御部110は、ガス流量調整部121~127を制御することにより、ガス流量調整部121~127を通過するガスの流量を調整する。具体的には、ガス流量制御部110は、ガス流量調整部ごとにガスの流量を決定し、ガス流量調整部121~127にガスの流量を示す信号を送信する。
  ガス流量調整部121~127は、自身を通過するガスの流量を調整する機構を有する。具体的には、ガス流量調整部121~127はそれぞれ、例えばマスフローコントローラまたはニードルバルブ等であってもよい。ガス流量調整部121~127はそれぞれ、ガス流量制御部110から受信した信号に基づき、図1の(a)に示す領域A1~A7のそれぞれに含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。
  例えば、ガス流量調整部121は、領域A1内に含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。つまり、1つのガス流量調整部によって、アンテナ20の長手方向D1における位置が互いに等しいガス噴出口30から噴出されるガスの流量を一括で調整する。
  これにより、ガス流量制御部110が制御するガス流量調整部の数を削減することができるため、ガス流量制御部110の制御パラメータの数を削減することができ、ガス流量制御部110の制御を簡素化することができる。また、ガス流量調整部の数が削減するため、プラズマ処理装置1の製造コストを削減することができる。
  また、ガス流量調整部121~127はそれぞれ、領域A1~A7のそれぞれに含まれる複数のガス噴出口30とガスの流路によって接続されている。例えば、ガス流量調整部121は、領域A1内に含まれる複数のガス噴出口30とガスの流路によって接続されている。
  なお、領域A1~A7のそれぞれ1つの領域内において、複数のガス噴出口30は、互いに同量のガスを噴出してもよく、互いに異なる量のガスを噴出してもよい。領域A1内に含まれる複数のガス噴出口30が互いに異なる量のガスを噴出する場合、例えば、真空容器10の角部の近傍にあるガス噴出口30から噴出されるガスの量を、他の箇所にあるガス噴出口30から噴出されるガスの量より多くてもよい。つまり、長手方向D1に対して垂直な方向において上下の2つのガス噴出口30から噴出されるガスの量を、他の箇所にあるガス噴出口30から噴出されるガスの量より多くてもよい。
  以上により、ガス流量制御部110は、複数のガス噴出口30の群のそれぞれから噴出されるガスの流量を制御する。これにより、例えば、ガス流量制御部110が、基板40の各箇所で生成されるプラズマが均一になるように、各ガス噴出口30から噴出されるガスの流量を制御することにより、基板40に形成される膜の成膜レート、膜厚、及び膜質を均一にすることができる。
  (プラズマ処理装置1のガスの流れ)
  図6は、プラズマ処理装置1のガスの流れの構成を示すブロック図である。なお、図6では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1は、図6に示すように、ガス供給部130及びガス噴出口31~37をさらに備えている。
  ガス噴出口31~37はそれぞれ、図1の(a)に示す領域A1~A7内に含まれる全てのガス噴出口30を示している。例えば、ガス噴出口31は、領域A1内に含まれる全てのガス噴出口30を示している。
  ガス供給部130は、例えば、ガスボンベであり、ガス流量調整部121~127とガスの流路によって接続されており、ガス流量調整部121~127にガスを供給する。ガス流量調整部121~127はそれぞれ、ガス供給部130とガス噴出口31~37との間のガスの流路に設けられている。ガス噴出口31~37はそれぞれ、プロセス室R1とつながっている。プロセス室R1とは、真空容器10の内部の空間であり、かつ、基板40の成膜の処理が施される空間である。
  (アンテナ20に流れる電流と成膜レートとの関係)
  図7の(a)は、アンテナ20に流れる電流と成膜レートとの関係を示す図である。図7の(a)において、横軸はアンテナ20に流れる電流における6点の平均値で規格化された値Iaであり、縦軸は成膜レートにおける6点の平均値で規格化された値raである。
  図7の(a)に示すように、アンテナ20に流れる電流が大きいほど成膜レートも大きくなる。つまり、アンテナ20に流れる電流と成膜レートとの間には相関性がある。これにより、アンテナ20の長手方向D1における各箇所に流れる電流の大きさに差が生じる場合、基板40の各箇所での成膜レートが不均一になることがある。
  (ガスの流量と成膜レートとの関係)
  図7の(b)は、ガスの流量と成膜レートとの関係を示す図である。図7の(b)において、横軸はガスの流量f(sccm)であり、縦軸は成膜レートr(nm/min)である。
  図7の(b)に示すように、ガスの流量fが大きいほど成膜レートrも大きくなる。これにより、アンテナ20の長手方向D1における各箇所に流れる電流の大きさに差が生じる場合、ガス流量制御部110の制御によって基板40の成膜レートが小さい箇所でガスの流量fを大きくすると、基板40の各箇所での成膜レートを均一にすることができる。
  (アンテナ20の長手方向と膜厚との関係)
  図8は、アンテナ20の長手方向と基板40に形成される膜の膜厚との関係を示す図である。図8において、横軸はアンテナ20の長手方向D1における位置LA(mm)であり、縦軸は基板40に形成される膜の膜厚における7点の平均値で規格化された値Taである。
  また、図8の上部の矢印は、ガス噴出口30a~30jの位置を示している。ガス噴出口30a、30jは、アンテナ20の両端の近傍(真空容器10の側壁11、12の近傍)に位置しており、ガス噴出口30b~30iは、アンテナ20の中央部分の近傍に位置している。
  図8において、線T1は、ガス噴出口30a、30jのガスの設定流量を、ガス噴出口30b~30iのガスの設定流量の3.2倍に設定した場合の結果を示している。線T2は、ガス噴出口30a、30jのガスの設定流量を、ガス噴出口30b~30iのガスの設定流量の2.2倍に設定した場合の結果を示している。ガスの設定流量は、ガス流量制御部110により設定された各ガス噴出口30a~30jから噴出されるガスの流量の設定値である。
  線T1の場合、MAX-MIN法による膜の膜厚の均一性が11.4%となり、線T2の場合、MAX-MIN法による膜の膜厚の均一性が6.4%となった。よって、線T2の場合では、線T1の場合よりも膜の膜厚の均一性が向上したことになる。これにより、ガス流量制御部110により各ガス噴出口から噴出されるガスの流量の設定値を決定することにより、基板40に形成される膜の膜厚をより均一にすることができる。
  〔実施形態2〕
  図9の(a)は、本発明の実施形態2に係るプラズマ処理装置1Aの構成を示す底面図であり、図9の(b)は、本発明の実施形態2に係る別のプラズマ処理装置1Bの構成を示す底面図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。また、図9の(a)及び(b)は、真空容器10の底面を除いた状態を示している。
  プラズマ処理装置1Aは、図9の(a)に示すように、プラズマ処理装置1と比べて、真空容器10の角部の近傍におけるガス噴出口30の構造が異なる。具体的には、プラズマ処理装置1Aでは、真空容器10の角部の近傍に設けられるガス噴出口30の数が、当該角部の近傍以外の箇所に設けられるガス噴出口30の数より多い。図9の(a)では、真空容器10の角部の近傍に設けられるガス噴出口30の数が2つであり、当該角部の近傍以外の箇所に設けられるガス噴出口30の数は1つである。
  また、プラズマ処理装置1Bも、図9の(b)に示すように、プラズマ処理装置1と比べて、真空容器10の角部の近傍におけるガス噴出口30の構造が異なる。具体的には、プラズマ処理装置1Bでは、真空容器10の角部の近傍に設けられるガス噴出口30Bの径の大きさが、当該角部の近傍以外の箇所に設けられるガス噴出口30の径の大きさより大きい。
  このように、プラズマ処理装置1A、1Bでは、ガス噴出口30が下記のように設けられている。具体的には、真空容器10の角部の近傍に設けられるガス噴出口30は、当該角部の近傍に設けられるガス噴出口30から噴出されるガスの流量が前記角部の近傍以外の箇所に設けられるガス噴出口30から噴出されるガスの流量より多くなるように設けられている。
  よって、他の箇所に比べてガスの流量が少なくなりやすい真空容器10の角部の近傍において、ガスの流量を多くすることができる。これにより、基板40の各箇所で生成されるプラズマをより均一にすることができ、基板40に形成される膜の成膜レート、膜厚、及び膜質もより均一にすることができる。
  なお、ガス噴出口30が真空容器10の角部の近傍に設けられるとは、基板40に形成される膜の成膜レート及び膜厚もより均一にすることができる程度に、ガス噴出口30が真空容器10の角部の近傍に設けられるということである。
  (プラズマ処理装置1Aの制御系の構成)
  図10の(a)は、プラズマ処理装置1Aの制御系の構成を示すブロック図である。なお、図10の(a)では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1Aは、図10の(a)に示すように、ガス流量制御部110及びガス流量調整部121A~123Aをさらに備えている。
  ガス流量制御部110は、ガス流量調整部121A~123Aを制御することにより、ガス流量調整部121A~123Aを通過するガスの流量を調整する。ガス流量調整部121A~123Aは、ガス流量調整部121~127と同様の構造・機能を有する。
  ガス流量調整部121A~123Aはそれぞれ、図9の(a)に示す領域AB1~AB3のそれぞれに含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。例えば、ガス流量調整部121Aは、領域AB1内に含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。なお、図9の(b)に示すプラズマ処理装置1Bも、プラズマ処理装置1Aと同様の制御系の構成を備えていてもよい。
  (プラズマ処理装置1Aのガスの流れ)
  図10の(b)は、プラズマ処理装置1Aのガスの流れの構成を示すブロック図である。なお、図10の(b)では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1Aは、図10の(b)に示すように、ガス供給部130及びガス噴出口31A~33Aをさらに備えている。
  ガス噴出口31A~33Aはそれぞれ、図9の(a)に示す領域AB1~AB3内に含まれる全てのガス噴出口30を示している。例えば、ガス噴出口31Aは、領域AB1内に含まれる全てのガス噴出口30を示している。
  ガス供給部130は、ガス流量調整部121A~123Aとガスの流路によって接続されており、ガス流量調整部121A~123Aにガスを供給する。ガス流量調整部121A~123Aはそれぞれ、ガス供給部130とガス噴出口31A~33Aとの間のガスの流路に設けられている。なお、図9の(b)に示すプラズマ処理装置1Bも、プラズマ処理装置1Aと同様のガスの流れの構成を備えていてもよい。
  このように、プラズマ処理装置1Aでは、領域AB1~AB3の大きさは互いに同一でなくてもよく、ガスの流量が少なくなりやすい真空容器10の側壁11、12の近傍に設けられるガス噴出口30を、他の箇所よりも小さい領域で制御してもよい。つまり、プラズマ処理装置1Aでは、領域AB1、AB3の大きさを、領域AB2の大きさよりも小さくしてもよい。これにより、ガス流量制御部110が制御するガス流量調整部の数をより削減することができるため、ガス流量制御部110の制御パラメータの数をより削減することができ、ガス流量制御部110の制御をより簡素化することができる。また、ガス流量調整部の数がより削減するため、プラズマ処理装置1の製造コストをより削減することができる。
  〔実施形態3〕
  図11の(a)は、本発明の実施形態3に係るプラズマ処理装置1Cの制御系の構成を示すブロック図であり、図11の(b)は、本発明の実施形態3に係るプラズマ処理装置1Cのガスの流れの構成を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
  (プラズマ処理装置1Cの制御系の構成)
  図11の(a)では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1Cは、図11の(a)に示すように、ガス流量制御部110及びガス流量調整部121C、122Cをさらに備えている。プラズマ処理装置1Cの構造は、図9の(a)に示される範囲でプラズマ処理装置1Aと同一であってもよい。
  ガス流量制御部110は、ガス流量調整部121C、122Cを制御することにより、ガス流量調整部121C、122Cを通過するガスの流量を調整する。ガス流量調整部121C、122Cは、ガス流量調整部121~127と同様の構造・機能を有する。
  ガス流量調整部121Cは、図9の(a)に示す領域AB1、AB3に含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。ガス流量調整部122Cは、図9の(a)に示す領域AB2に含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。
  (プラズマ処理装置1Cのガスの流れ)
  図11の(b)では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1Cは、図11の(b)に示すように、ガス供給部130及びガス噴出口31A~33Aをさらに備えている。
  ガス供給部130は、ガス流量調整部121C、122Cとガスの流路によって接続されており、ガス流量調整部121C、122Cにガスを供給する。ガス流量調整部121Cは、ガス供給部130とガス噴出口31A、33Aとの間のガスの流路に設けられている。ガス流量調整部122Cは、ガス供給部130とガス噴出口32Aとの間のガスの流路に設けられている。
  このように、プラズマ処理装置1Cは、1つのガス流量調整部121Cによって、ガスの流量が少なくなりやすい真空容器10の両側の側壁11、12の近傍に設けられるガス噴出口31A、33Aから噴出されるガスの流量を調整してもよい。これにより、プラズマ処理装置1Aと比べて、ガス流量制御部110が制御するガス流量調整部の数をより削減することができるため、ガス流量制御部110の制御をより簡素化することができ、プラズマ処理装置1Cの製造コストをより削減することができる。
  〔実施形態4〕
  図12の(a)は、本発明の実施形態4に係るプラズマ処理装置1Dの制御系の構成を示すブロック図であり、図12の(b)は、本発明の実施形態4に係るプラズマ処理装置1Dのガスの流れの構成を示すブロック図である。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
  (プラズマ処理装置1Dの制御系の構成)
  図12の(a)では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1Dは、図12の(a)に示すように、ガス流量制御部110及びガス流量調整部121D、122Dをさらに備えている。プラズマ処理装置1Dの構造は、図9の(a)に示される範囲でプラズマ処理装置1Aと同一であってもよい。
  ガス流量制御部110は、ガス流量調整部121D、122Dを制御することにより、ガス流量調整部121D、122Dを通過するガスの流量を調整する。ガス流量調整部121D、122Dは、ガス流量調整部121~127と同様の構造・機能を有する。
  ガス流量調整部121Dは、図9の(a)に示す領域AB1、AB3に含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。ガス流量調整部122Dは、図9の(a)に示す領域AB2に含まれる複数のガス噴出口30から噴出されるガスの流量を調整する。
  (プラズマ処理装置1Dのガスの流れ)
  図12の(b)では、図5と同様に一部の構成を省略している。プラズマ処理装置1Dは、図12の(b)に示すように、ガス供給部130及びガス噴出口31A~33Aをさらに備えている。
  ガス供給部130は、ガス流量調整部121Dとガスの流路によって接続されており、ガス流量調整部121Dにガスを供給する。ガス流量調整部122Dは、ガス流量調整部121Dとガス噴出口31A、33Aとの間のガスの流路に設けられている。また、ガス流量調整部121Dは、ガス供給部130とガス流量調整部122D及びガス噴出口32Aとの間のガスの流路に設けられている。
  このように、プラズマ処理装置1Dは、ガス流量調整部121Dによってガス噴出口31A~33Aに噴出されるガスの全流量を調整し、ガス流量調整部122Dによって当該全流量に対するガス噴出口31A~33Aのガスの流量の比を調整してもよい。これにより、真空容器10内に導入されるガスの種類が多い場合であっても、真空容器10内に導入されるガスの全流量を把握しやすくなり、ガス流量制御部110の制御パラメータの設定の誤り等を低減することができる。
  〔ソフトウェアによる実現例〕
  プラズマ処理装置1、1A~1Dの制御ブロック(特にガス流量制御部110)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、ソフトウェアによって実現してもよい。
  後者の場合、プラズマ処理装置1、1A~1Dは、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するコンピュータを備えている。このコンピュータは、例えば1つ以上のプロセッサを備えていると共に、前記プログラムを記憶したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を備えている。そして、前記コンピュータにおいて、前記プロセッサが前記プログラムを前記記録媒体から読み取って実行することにより、本発明の目的が達成される。前記プロセッサとしては、例えばCPU(Central Processing Unit)を用いることができる。前記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、例えば、ROM(Read Only Memory)等の他、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、前記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などをさらに備えていてもよい。また、前記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して前記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明の一態様は、前記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
  本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
  1、1a、1A、1B、1C、1D  プラズマ処理装置
  10  真空容器
  13  壁
  20  アンテナ
  21  導体部
  22  容量素子
  30、31~37、30a~30j、30B、31A~33A  ガス噴出口
  40  基板
  60  プレート(プラズマ生成抑制部材)
  110  ガス流量制御部
  D1  長手方向
  L1  線

Claims (5)

  1.   基板が収容される真空容器内において前記基板に対向するように設けられたプラズマ生成用のアンテナを複数備え、
      前記複数のアンテナのそれぞれの長手方向に対して略垂直であり、かつ、前記複数のアンテナが互いに並ぶ方向に延伸する線の近傍に設けられた複数のガス噴出口の群が複数設けられ、
      前記複数のガス噴出口の群のそれぞれから噴出されるガスの流量を制御するガス流量制御部をさらに備えることを特徴とするプラズマ処理装置。
  2.   前記真空容器の角部の近傍に設けられる前記ガス噴出口は、当該角部の近傍に設けられる前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量が前記角部の近傍以外の箇所に設けられる前記ガス噴出口から噴出されるガスの流量より多くなるように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
  3.   前記複数のアンテナは、電流が流れる導体部と、電荷を蓄積する容量素子とが交互に直列接続された構造を有するアンテナを含み、
      前記複数のガス噴出口は、前記導体部の近傍及び前記容量素子の近傍に設けられるガス噴出口を含むことを特徴とする請求項1または2に記載のプラズマ処理装置。
  4.   前記複数のアンテナが設けられている平面に対する法線方向から見て、前記複数のガス噴出口は、前記複数のアンテナのそれぞれの間に設けられることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
  5.   前記真空容器内において、前記アンテナと前記アンテナに対して前記基板とは反対側の前記真空容器の壁との間にプラズマ生成抑制部材が設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載のプラズマ処理装置。
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