JP4083030B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマによる化学反応を利用して、被処理物である各種基板上への薄膜形成、基板の加工、基板の表面処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、プラズマによる化学反応を利用して、各種基板上への薄膜形成、基板の加工、基板の表面処理等のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置として、回転軸を中心として回転することにより、電極表面が基板表面の近傍を通過する電極(以下、回転電極と称する)を使用する構成が開発されている。 回転電極を使用したプラズマ処理装置の一例を図15に示す。
【0003】
このプラズマ処理装置は、密閉された反応容器(チャンバ)10内の下部に、プラズマ処理が行われる基板12が載置される基板搬送台11が設置されており、この基板搬送台11上に、被処理物である基板12が載置されている。基板搬送台11および基板12はアース(接地電位)に接続されている。そして、基板12の表面(上面)と僅かな間隙を開けて対向するように、円柱状の回転電極13が、水平な状態で配置されている。
【0004】
回転電極13の軸心部には、回転軸14が回転電極13と一体的に設けられており、回転軸14の両端部が、図示しない支柱によって、回転可能にそれぞれ支持されている。そして、回転電極13の回転によって、回転電極13が回転軸14を中心として回転し、回転電極13の表面の電極部分(電極表面)が、基板搬送台11上に設けられた基板12の表面の近傍を、順次、通過するようになっている。
【0005】
回転軸14の一方の端部は、反応容器10の外側面に設けられた高周波電極端子15に電気的に接続されており、この高周波電極端子15に、図示しない高周波電源が接続されている。
【0006】
このような構成のプラズマ処理装置では、基板搬送台11上に、プラズマ処理が行われる基板12を載置した状態で、反応容器10の内部を排気して、図示しない反応ガス供給源から反応ガス(例えば稀釈ガスHeおよび原料ガスSiH4+H2)を反応容器10内に導入し、所望の圧力(例えば大気圧)に維持し、回転電極13を回転させながら回転電極13に高周波電力または直流電力を印加することによって、回転電極13と基板12との間隙にプラズマを発生させる。このとき、反応ガスは、回転電極13の回転によって、回転電極13と基板12との間に巻き込まれてプラズマ発生領域16に導かれ、プラズマ発生領域16に導かれた反応ガスが分解して、例えば、基板12上に薄膜17(例えばアモルファスシリコン)が成膜される。
この場合、基板12を基板搬送台11と共に所定方向、例えば回転電極13の回転軸14と直交する水平方向に走査することによって、基板12の表面全体に薄膜17を成膜することができる。
【0007】
このような回転電極13を用いたプラズマ処理装置では、回転電極13が回転することによって、容器10内に導入された反応ガスが回転電極13に追従して移動して、プラズマ発生領域16に常に供給される。従って、回転電極13の回転を制御することによって、プラズマ発生領域16に供給される反応ガスの流れを制御することができ、成膜速度および膜の均一性を向上させることができる。
【0008】
また、回転電極13の表面と基板12の表面とを近接させて両者の間隙を狭くしても、その間隙内のプラズマ発生領域16内に反応ガスを効率良く供給することができるために、回転電極13の電極表面と基板12との間隙を、プラズマが確実に発生されるような距離とすることができ、比較的高い圧力条件下においても、反応ガスの利用効率を向上させることができて、高速で成膜することができる。
【0009】
さらに、回転電極13を回転させることによって、回転電極13の表面を十分に冷却させることができるため、回転電極13に大電力を投入しても、回転電極13が過剰に加熱されるおそれがなく、その結果、回転電極13に大電力を投入することによって高速にて成膜を行うことができる。
【0010】
しかしながら、このようなプラズマ処理装置では、反応容器(チャンバ)10内を高圧力に維持して、基板12の表面に対して高速にて成膜を行う場合には、プラズマ発生領域16内で反応ガスの分解が急激に起こるため、成膜に寄与しなかった原料ガス原子が相互に結合してパーティクル(微粒子)が形成される。このパーティクルが基板12上に降り積もることによって、または薄膜17中に混入することによって、基板12上に形成される薄膜17の膜質が劣化すると共に、パーティクルが反応容器10内に飛散することによって反応容器10内が汚染されるという問題が生じる。
【0011】
このような問題に対して、回転電極近傍に存在する反応ガスを吸引して、反応ガス内の微粒子を除去することにより、基板上に形成される薄膜の品質の劣化および薄膜表面の汚染を防止することを目的として、回転電極の回転方向下流側に、微粒子を吸引除去するためのダクト(吸引口)を設置したプラズマ処理装置が開発されている(例えば、特開平9−104985号公報(特許文献1)および特開2001−26876号公報(特許文献2)参照)。
【0012】
図16および図17は、それぞれ、特許文献2に開示されているプラズマ処理装置の要部構成を示す斜視図および断面図である。
【0013】
このプラズマ処理装置は、回転電極13の回転方向下流側に、回転電極13の周囲の微粒子を吸引して除去するためのダクト20が設けられている。
【0014】
ダクト20は、回転電極13の回転方向下流側において、基板搬送台12の上方領域を覆うように配置されており、回転電極13の両側にそれぞれ垂直状態で設けられた側壁23と、各側壁23間にわたって架設状態で設けられた上壁21とを有している。上壁21は、回転電極13の側方に水平状態で配置された水平壁部21aと、この水平壁部21aに対して回転電極13の遠方側に連続して設けられた傾斜壁部21bとを有しており、傾斜壁部21bは、回転電極13から離れるにつれて、基板搬送台12に接近するように傾斜している。
【0015】
ダクト20の各側壁23の下端は、基板搬送台11の上面との間に微小隙間cを形成して対向しており、上壁21の傾斜壁部21bにおける回転電極13の遠方側の端部と、両側壁23と、基板搬送台11の上面とによって、排気口25が形成されている。この排気口25には、図示しない排気ポンプが接続されており、ダクト20の内部が排気されることによって、回転電極13の周囲の微粒子が、ダクト20内に吸引される。
【0016】
上壁21の水平壁部21aには、回転電極13に近接した側縁部に、回転電極13が嵌合する切り欠き部21cが設けられており、この切り欠き部21c内に、回転電極13が嵌合している。切り欠き部21cは、回転電極13の表面とは、回転電極13の半径方向に沿った水平方向に隙間aが形成されるように、また、回転電極13の両側の各端面とは回転電極13の軸方向に沿った隙間bが形成されるように、水平壁部21aの側縁部に形成されている。そして、上壁21の水平壁部21aと、両側の側壁23とによって囲まれた開口部が、反応ガス等の吸引口になっており、この吸引口内に、回転電極13の下部における回転方向下流側に位置する電極表面が嵌合している。
【0017】
図17は、ダクト20における回転電極13に近接した端部の断面図である。ダクト20における回転電極13が嵌合した吸引口は、回転電極13の回転方向下流側における回転電極13の表面を、回転電極13の表面と基板11との最狭隙間部δの近傍位置から、45度以上、135度以下の角度αにわたって覆うように、すなわち、最狭隙間部δからダクト20の吸引口の上端を形成する上壁21の水平壁部21aに対向する回転電極13の表面部分までの角度αが、45度以上、135度以下に設定されている。
【0018】
また、ダクト20の吸引口には、水平壁部21aの切り欠き21cに嵌合された回転電極13の表面と水平壁部21aの端面との回転電極13の半径方向に沿った水平方向に形成された隙間aが、その隙間aにおけるガス流路抵抗が、ダクト20の吸引口下端部から吸引されるガスの流れ抵抗とほぼ等しくなるように、隙間aの寸法および水平壁部21aの厚さが設定されている。
【0019】
また、回転電極13の各端面と、ダクト20の両側の各側壁23との回転電極13の軸方向に沿った隙間bは、その隙間bにおけるガス流路抵抗が、吸引口上部の隙間aにおけるガス流路抵抗およびダクト20における吸引口の下端部から吸引されるガスの流れ抵抗よりも大きくなるように、吸引口の上部の隙間aよりも小さく設定されている。
【0020】
また、ダクト30における各側壁23の下端面と基板搬送台11の上面との隙間cは、その隙間cにおけるガス流路抵抗が、ダクト20の吸引口の上部隙間aにおけるガス流路抵抗およびダクト20の吸引口下端部より吸引されるガスの流れ抵抗よりも大きくなるように、吸引口の上部の隙間aよりも小さくされている。
【0021】
ここで、「ダクト吸引口下端部から吸引されるガスの流れ抵抗」とは、図17に示す基板12の上面と回転電極13表面との最狭隙間部δにおける回転電極13の回転方向のガス流路の抵抗と、最狭隙間部δと回転電極13の外周面と各側壁23の端面とで囲まれる隙間dにより構成される回転電極13の軸方向に沿った方向のガス吸引流路の抵抗とを合成した流れ抵抗を意味する。
【0022】
回転電極13の各端面と各側壁23とによって形成される上部両側の各隙間b、および、各側壁23の下端面と基板搬送台11の上面とによって形成される吸引口の下端部の隙間cにおけるガス流路の抵抗を、ダクト20の吸引口の上端部の水平壁部21aと回転電極13の表面との隙間aとダクト20の吸引口の下端部から吸引されるガスの流れ抵抗と比較して十分大きくすることにより、パーティクル除去に寄与しないガスの吸引を抑制し、同時に、上端部の隙間aからのガス吸引を効果的に行うことができる。
【0023】
さらに、図18に示すように、水平壁部21aと回転電極13の表面との隙間aを通じて、ダクト20の内部に比較的清浄なガスが吸引されるが、このガスの流れは、回転電極13の回転方向沿って移動するガス流とは逆方向の流れであるため、回転電極13の電極表面近傍のパーティクルを含むガスを掻き取るために、回転電極13の電極表面近傍のパーティクルを効果的にダクト20内に導くことができる。
【0024】
【特許文献1】
特開平9−104985号公報
【0025】
【特許文献2】
特開2001−26876号公報
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなプラズマ処理装置には、以下の問題がある。
【0027】
ダクト20の上端の水平壁21端部と回転電極13の外周面の隙間aを小さくし、電極表面近傍のパーティクルを含むガスの多くを掻き取って効果的にダクト20内に導くためには、吸引口上端部の隙間aの寸法を非常に小さく設定する必要があり、この場合には、高精度の部品が多数必要となるために、装置コストが高くなる。
【0028】
吸引口の両側の隙間bおよび吸引口の下端部の隙間cからではなく、吸引口の上端部の隙間aから効果的にガスを吸引するためには、吸引口の両側の隙間b、および吸引口の下端部の隙間cの寸法をさらに小さく設定する必要があり、この場合には、さらに高精度の部品が必要となって、装置コストが高くなる。
【0029】
さらに、ダクト20全体のガス吸引量のうち、吸引口上端部の隙間aからダクト20へ流入されるガスによって、回転電極13の表面近傍のパーティクルを含むガスの多くを掻き取るためには、隙間aにおいて多量のガスの流入量が必要になり、ダクト20の内部全体を吸引するために、非常に大きな吸引量が必要となり、これによっても、装置コストが高くなる。
【0030】
また、吸引口の上端部の隙間aで掻き取られた電極表面近傍のパーティクルは、ダクト20内に全て吸引されるわけではなく、その一部は、回転電極13の回転に伴って再度回転方向上流側にまで搬送されて、回転電極13の周辺に飛散するおそれがあり、これによって、反応容器10の内部の雰囲気が汚染されるおそれがある。
【0031】
さらに、最狭隙間部δの近傍位置における回転電極13の流れ方向上流側では、回転電極13の半径によって、急激に基板12と回転電極13表面との距離が小さくなっているため、回転電極13の回転に伴って乱流が発生しており、この乱流によって、回転電極13表面に付着したパーティクルが引き剥がされ、引き剥がされたパーティクルが基板12上に降り積もることによって基板12の表面がさらに汚染されるおそれがある。
【0032】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、その目的は、装置コストを高くすることなく、回転電極に付着した微粒子、反応生成物等を効果的に除去することができて、反応容器内の雰囲気および被処理基板表面の汚染を抑制することができるプラズマ処理装置を提供することにある。
【0033】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマ処理装置は、外周面が電極表面になって軸心を中心として回転し得るように回転電極が配置されており、この回転電極に対して所定の隙間をあけて基板を配置して、該回転電極を回転させつつ該回転電極に電力を供給して、該回転電極と該基板との隙間にプラズマを発生させながら、そのプラズマ発生領域に反応ガスを供給することによって、該基板に対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、該回転電極の表面にガスを噴き付けるノズルが設けられており、且つ前記ノズルのガス噴き出し口が、前記プラズマ発生領域に対して前記回転電極の回転方向下流側に配置されていることを特徴とする。
【0034】
前記回転電極近傍に反応生成物を吸引するダクトが設けられており、且つ前記ノズルのガス噴き出し口と前記ダクトの吸引口とが近接して配置されている。
【0035】
前記ノズルのガス噴き出し口が、前記ダクトの吸引口よりも前記回転電極の回転方向下流側に配置されている。
【0036】
前記ノズルのガス噴き出し口が、前記ダクトの吸引口よりも前記回転電極の回転方向上流側に配置されている。
【0037】
また、本発明のプラズマ処理装置は、外周面が電極表面になって軸心を中心として回転し得るように回転電極が配置されており、この回転電極に対して所定の隙間をあけて基板を配置して、該回転電極を回転させつつ該回転電極に電力を供給して、該回転電極と該基板との隙間にプラズマを発生させながら、そのプラズマ発生領域に反応ガスを供給することによって、該基板に対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、該回転電極の表面にガスを噴き付けるノズル、及び前記回転電極近傍に反応生成物を吸引するダクトが設けられており、且つ前記ノズルのガス噴き出し口と前記ダクトの吸引口とが近接して配置されていることを特徴とする。
【0038】
前記ノズルのガス噴き出し口、及び前記ダクトの吸引口が、前記プラズマ発生領域に対して前記回転電極の回転方向上流側に配置されている。
【0039】
前記ノズルのガス噴き出し口が、前記ダクトの吸引口よりも前記回転電極の回転方向下流側に配置されている。
【0040】
前記ノズルのガス噴き出し口が、前記ダクトの吸引口よりも前記回転電極の回転方向上流側に配置されている。
【0041】
前記ノズルのガス噴き出し口から噴き出されるガスの流量が、500L/min以上1260L/min以下に設定されている。
【0042】
また、本発明のプラズマ処理装置は、外周面が電極表面になって軸心を中心として回転し得るように回転電極が配置されており、この回転電極に対して所定の隙間をあけて基板を配置して、該回転電極を回転させつつ該回転電極に電力を供給して、該回転電極と該基板との隙間にプラズマを発生させながら、そのプラズマ発生領域に反応ガスを供給することによって、該基板に対して所定のプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、該回転電極の表面にガスを噴き付けるノズルが設けられており、且つ前記ノズルのガス噴き出し口近傍に、荷電粒子発生装置が設けられている。
【0044】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【0045】
<実施形態1>
図1は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態の要部構成を示す斜視図である。本発明のプラズマ処理装置は、基板搬送台が設置され、その基板搬送台上に被処理物である基板2が載置されるようになっている。基板搬送台の上方には、基板2と僅かな間隙を開けて対向するように、回転電極1が配置されている。
【0046】
図2は、図1に示す回転電極1の回転軸に垂直な平面における横断面図である。図1および図2に示すように、回転電極1は円柱状に形成されており、その外周面が全周にわたって電極表面になっている。回転電極1の軸心部には、回転軸1aが挿通しており、その回転軸1aと回転電極1と一体に構成されている。回転軸1aの各端部は、図示しない支柱によって、それぞれ回転可能に支持されており、回転軸1aが、図示しない駆動装置によって回転駆動されると、回転軸1aと一体となった回転電極1が、回転軸1aを中心として回転する。回転電極1の回転によって、基板2と対向する回転電極1の電極表面が、その下方に配置された基板2表面の近傍を、順次、通過する。
【0047】
回転軸1aの一方の端部は、電源Dと電気的に接続されており、電源Dから高周波電力または直流電力が回転軸1aに供給されるようになっている。基板2の表面と回転電極1の電極表面とが対向している領域は、プラズマが発生するプラズマ発生領域Pになっている。基板搬送台に載置された基板2は、回転電極1の下方を、回転方向に沿って水平状態で、基板搬送台とともにスライドするようになっている。
【0048】
回転電極1の回転方向下流側である回転電極1の側方には、回転電極1の表面にガスを噴き付けるノズル4が、回転電極1とは直交する方向に沿って設けられている。また、このノズル4の下方には、回転電極1の周囲の微粒子を吸引するための吸引手段を構成するダクト3が、ノズル4と同方向に沿った状態で設けられている。
【0049】
回転電極1の下部に対向するように設けられたダクト3は、基板2に近接した状態で基板2と一定の間隔をあけて水平状態に配置された下面3cと、この下面3cの上方において、回転電極1に接近するにつれて下面3aに接近するように傾斜した上面3dと、下面3cおよび上面3dの両側の側縁部同士を相互に連結する両側の各側面3eとによって、回転電極1の軸方向に沿った断面が扁平な長方形状であって、回転電極1から離れるにつれて断面積が順次大きくなった管状に形成されており、管軸方向の両側の端部がそれぞれ開口した開口部になっている。
【0050】
ダクト3における回転電極1に近接した開口部は、回転電極1の周囲のガスを吸引する吸引口3aになっており、回転電極1の遠方側に位置する端部の開口部は、吸引口3aから吸引されたガスを排気する排気口3bになっている。そして、この排気口3bに、減圧ポンプ等の吸引装置Hが連結されており、吸引装置Hおよびダクト3によって、吸引手段が構成されている。ダクト3の吸引口3aは、回転電極1の下方のプラズマ発生領域Pに対して、回転電極1の回転方向下流側において、回転電極1の下部表面と、軸方向のほぼ全体にわたって対向した状態になっている。基板2は、ダクト3の下面の下方域を通過するようになっている。
【0051】
ダクト3の上方に設けられたノズル4は、それぞれがほぼ水平な状態であって相互に平行に配置された上面および下面と、両側の各側面とによって、断面が扁平な直方形状の管状に形成されており、管軸方向の両側の端部がそれぞれ開口した開口部になっている。そして、回転電極1に近接した開口部が、ガス噴き出し口4aになっており、反対側の開口部が、ガス流入口4bになっている。
【0052】
ガス流入口4bには、ガス供給装置Sが接続されており、ガス供給装置Sから、回転電極1の表面に噴き付けられるガスがノズル4の流入口4bに供給される。ガス供給装置Sからノズルの流入口4bに供給されるガスは、ガス噴き出し口4aから回転電極1の表面に噴き付けられる。ノズル4のガス噴き出し口4aは、下方に配置されたダクト3の吸引口3aに近接した状態になっている。
【0053】
このような構成のプラズマ処理装置では、次のようにして基板2のプラズマ処理が行われる。まず、反応容器内の基板搬送台上に基板2を載置した状態で、図示しない反応ガス供給源から反応ガスを回転電極1の近傍に導入し、さらには、回転電極1に、電源Dから高周波電力または直流電力を印加した状態で回転電極1を回転させる。これにより、導入された反応ガスが、回転電極1の回転によって、回転電極1と基板1との間のプラズマ発生領域Pに導かれるとともに、回転電極1と基板2との間隙であるプラズマ発生領域Pにプラズマが発生し、プラズマ発生領域Pに導かれた反応ガスが分解する。これにより、基板搬送台上の基板2に所望のプラズマ処理が実施され、基板2上への薄膜の形成、基板2の加工、基板2の表面処理などが選択的に施される。
【0054】
この場合には、基板2を基板搬送台と共に回転電極1の回転軸と直交する方向に走査することによって、基板2の表面全体をプラズマ処理することができる。
【0055】
このような基板2のプラズマ処理時には、回転電極1の回転方向下流側に配置されたダクト3の内部が、吸引装置Hによって吸引されることにより、プラズマ発生領域Pで発生して気相に浮遊している微粒子、反応生成物等のパーティクルが、ノズル3の回転電極1に近接した吸引口3aから吸引されて、回転電極1及び基板2の近傍より除去される。
【0056】
しかも、この場合には、ノズル4に対して回転電極1の回転方向下流側に配置されたノズル4のガス噴き出し口4aからは、ガス供給装置Sから供給されるガスが、回転電極1の表面に噴き付けられるために、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等が、回転電極1の表面から強制的に引き剥がされる。そして、回転電極1の表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等も、プラズマ発生領域Pの微粒子、反応生成物等とともに、ダクト3の吸引口3aから吸引装置Hによってダクト3内に吸引されて、回転電極1及び基板2の近傍から除去される。
【0057】
この場合、ノズル4のガス噴き出し口4aとダクト3の吸引口3aとが、相互に近接した状態になっているために、ノズル4のガス噴き出し口4aから回転電極1に噴き付けられたガスによって、回転電極1の表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等が、ダクト3の吸引口3aから効率よく吸引される。また、ノズル4のガス噴き出し口4aとダクト3の吸引口3aとが、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向下流側において、相互に近接して配置されていることによって、回転電極1の表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等が、プラズマ発生領域Pの気相中の微粒子、反応生成物等とともに、効率よく除去することができる。
【0058】
このように、吸引装置Hに連結されたダクト3のみでは吸引除去しきれない回転電極1表面に付着した微粒子、反応生成物等が、ノズル4の噴き出し口4aから回転電極1に噴き付けられるガスによって、回転電極1表面から強制的に引き剥がされ、しかも、回転電極1の表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等が、ノズル4の噴き出し口4aに近接したダクト3の吸引口3aによって、直ちに吸引されて除去されるために、回転電極1表面に付着した微粒子、反応生成物等が、ダクト3の吸引口3aの近傍以外において回転電極1から剥離して飛散するおそれがなく、雰囲気および基板2の表面が、微粒子、反応生成物等によって汚染することを防止することができる。
【0059】
図3は、回転電極1、吸引ダクト3およびノズル4の他の配置例を示す断面図である。この例では、ノズル4が、被処理物である基板2表面に平行な水平方向に対して所定の角度θだけ傾いて配置されている。ノズル4は、回転電極1から離れるにつれて、順次、基板2から離れるように傾斜した状態になっており、ノズル4のガス噴き出し口4aからは、水平方向に対して所定の角度θだけ傾斜した状態で回転電極1の電極表面にガスが噴き付けられる。その他の構成は、図1および図2に示すプラズマ処理装置の構成と同様になっている。
【0060】
このように、ノズル4を、水平方向に対して所定の角度θだけ傾斜させて配置することにより、ノズル4のガス噴き出し口4aから回転電極1に噴き付けられるガスによって、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等をさらに確実に引き剥がすことができる。しかも、回転電極1の表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等が飛散する方向を制御することができるために、回転電極1表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等を、ダクト3の吸引口3aに向かって流動させることができ、従って、回転電極1表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等を、ダクト3の吸引口3aによって確実に吸引することができる。
【0061】
なお、回転電極1の表面に対するノズル4の傾斜角度θは、基板2に対するプラズマ処理、反応ガスの性状等によって、適宜設定される。
【0062】
図4は、回転電極1、吸引ダクト3およびノズル4の他の配置例を示す断面図である。この例では、回転電極1の回転方向下流側の側方において、ダクト3が、ノズル4よりも回転電極1の回転方向下流側に配置されている。従って、ダクト3の吸引口3aは、ノズル4のガス噴き出し口4aに対して、プラズマ発生領域Pの遠方側に配置されている。その他の構成は、図1および図2に示すプラズマ処理装置の構成と同様になっている。
【0063】
このように、ダクト3の吸引口3aをノズル4のガス噴き出し口4aよりも回転電極1の回転方向下流側に配置することによって、ノズル4のガス噴き出し口4aからのガスによって回転電極1表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等は、回転電極1に噴き付けられたガスのみならず、回転電極1の回転によっても、回転方向下流側に配置されたダクト3の吸引口3aに流動して、その吸引口3aから効率よく吸引される。
【0064】
図5は、回転電極1、吸引ダクト3およびノズル4の他の配置例を示す断面図である。この例では、図1および図2に示すプラズマ処理装置と同様に、プラズマ発生領域Pに対して、回転電極1の回転方向の下流側の側方において、ダクト3およびノズル4が、回転電極1の回転方向に沿って配置されており、さらに、回転方向下流側に位置するノズル4の回転方向下流側に、第2ダクト32が配置されている。従って、第2ダクト32の吸引口32aが、ノズル4のガス噴き出し口4aよりもさらに回転電極1の回転方向下流側に配置されている。第2ダクト32は、下方に設けられたダクト3に接続された吸引装置Hに接続されており、その吸引装置Hによって、第2ダクト32の内部のガスが、ダクト3の内部のガスとともに吸引される。その他の構成は、図1および図2に示すプラズマ処理装置と同様になっている。
【0065】
このような構成のプラズマ処理装置では、ノズル4のガス噴き出し口4aとプラズマ発生領域Pとの間に設けられたダクト3の吸引口3aによって、プラズマ発生領域Pで発生して気相に浮遊している微粒子、反応生成物等を、ノズル4のガス噴き出し口4aから噴き出されたガスによって回転電極1の表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等とともに吸引して除去され、さらには、ノズル4のガス噴き出し口4aよりもさらに回転電極1の回転方向下流側に配置された第2ダクト32の吸引口32aによって、ノズル4のガス噴き出し口4aから回転電極1に噴き付けられるガスによって回転電極1の表面から引き剥がされて回転電極1の回転に伴って流動する微粒子、反応生成物等も吸引して除去することができる。従って、回転電極1の周囲の微粒子、反応生成物等を、より効率よく除去することができる。
【0066】
図6および図7は、それぞれ、回転電極1、吸引ダクト3およびノズル4の他の配置例を示す断面図である。これらの例では、ダクト3の吸引口3aおよびノズル4のガス噴き出し口4aが、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向上流側に設けられている。
【0067】
図6に示す構成では、プラズマ発生領域Pに対して、回転電極1の回転方向上流側にダクト3が配置されており、さらに、そのダクト3の回転方向上流側に、ノズル4が配置されている。そして、ダクト3の吸引口3aおよびノズル4のガス噴き出し口4aが、それぞれ、回転電極1に近接した状態になっている。従って、ダクト3の吸引口3aが、ノズル4のガス噴き出し口4aよりも、回転電極1の回転方向下流側に配置されている。ノズル4は、水平状態に配置された基板2に対して角度Φだけ、回転電極1の遠方側の端部が上側になるように傾斜した状態で配置されている。その他の構成は、図3に示すプラズマ処理装置の構成と同様になっている。
【0068】
また、図7に示すプラズマ処理装置は、図6に示すプラズマ処理装置において、ノズル4に対して、さらに、回転電極1の回転方向上流側に、第2ダクト32が配置されており、第2ダクト32の吸引口32aが、回転電極1に近接した状態になっている。従って、第2ダクト32の吸引口32aは、ノズル4のガス噴き出し口4aよりも回転電極1の回転方向上流側に配置されている。その他の構成は、図6に示すプラズマ処理装置と同様になっている。
【0069】
図6および図7に示すプラズマ処理装置では、プラズマ発生領域Pよりも回転電極1の回転方向上流側にダクト3の吸引口3aおよびノズル4のガス噴き出し口4aがそれぞれ配置されていることによって、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等を、プラズマ発生領域Pよりも上流側において引き剥がして、ダクト3の吸引口3aによって吸引して除去することができるために、プラズマ発生領域Pに微粒子、反応生成物等が供給されるおそれがない。
【0070】
なお、図6および図7に示すプラズマ処理装置では、回転電極1の回転方向上流側に設けられたノズル4が、被処理物である基板2表面に対して平行な水平方向に対して所定の角度Φだけ傾いて配置されているが、それぞれ、基板2表面に対して平行な水平状態で配置してもよい。
【0071】
図8は、回転電極1、吸引ダクト3およびノズル4の他の配置例のプラズマ処理装置を示す断面図である。このプラズマ処理装置では、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向下流側に、ダクト3およびノズル4が、回転電極1の回転方向に沿ってその順番で配置されるとともに、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向上流側にも、ダクト3およびノズル4が、回転電極1の回転方向とは反対方向に沿ってその順番で配置されている。各ダクト3の吸引口3aおよび各ノズル4のガス噴き出し口4aは、回転電極1に近接するように配置されており、また、各ダクト3は、一括して1つの吸引装置Hに接続されるとともに、各ノズル4は一括して1つのガス供給装置Sに接続されている。
【0072】
このような構成のプラズマ処理装置では、プラズマ発生領域Pよりも回転電極1の回転方向上流側おいて発生した微粒子、反応生成物等と、プラズマ発生領域Pよりも回転電極1の回転方向下流側おいて発生した微粒子、反応生成物等とを、確実に除去することができる。なお、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向下流側および上流側にそれぞれ配置されるダクト3およびノズル4は、それぞれ、2つ以上であってもよい。
【0073】
<実施形態2>
図9は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態2の要部の構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置では、回転電極1の下方のプラズマ発生領域Pを除く周囲が、ダクトノズル一体カバー5によって覆われている。ダクトノズル一体カバー5の中央部には、電源Dに接続された回転電極1が収容される円柱状の空間部5aが形成されており、この空間部5aの下部に、回転電極1の下方のプラズマ発生領域Pと、そのプラズマ発生領域Pに近接した回転電極1の回転方向上流側および下流側の各領域とを収容する開口部が設けられている。
【0074】
プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向下流側に配置されたダクトノズル一体カバー5部分には、それぞれが回転電極1の軸心とは直交する方向にほぼ水平状態で延びる複数のダクト部6および複数のノズル部7とが、上下方向に交互に設けられている。各ダクト部6の回転電極1に近接した端部が、吸引口6aになっており、各ノズル部7の回転電極1に近接した端部が、ガス噴き出し口7aになっている。各吸引口6aおよび各ガス噴き出し口7aは、回転電極1の軸心方向のほぼ全体にわたって開口している。
【0075】
また、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向上流側に配置されたダクトノズル一体カバー5部分にも、同様に、それぞれが回転電極1の軸心とは直交する方向にほぼ水平状態で延びる複数のダクト部6および複数のノズル部7とが、上下方向に交互に設けられている。各ダクト部6の回転電極1に近接した端部が、吸引口6aになっており、各ノズル部7の回転電極1に近接した端部が、ガス噴き出し口7aになっている。各吸引口6aおよび各ガス噴き出し口7aは、回転電極1の軸心方向のほぼ全体にわたって開口している。
【0076】
ダクトノズル一体カバー5に設けられた全てのダクト部6は、一括して1つの吸引装置H(図示せず)に接続されており、各ダクト部6における回転電極1に近接した端部の吸引口から、微粒子、反応生成物等がそれぞれ吸引される。また、ダクトノズル一体カバー5に設けられた全てのノズル部7が、一括して1つのガス供給装置S(図示せず)に接続されており、各ノズル部7における回転電極1に近接した端部のガス噴き出し口から、ガス供給装置Sから供給されるガスが、それぞれ回転電極1に噴き付けられる。
【0077】
なお、図9に示すプラズマ処理装置では、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向下流側および上流側のそれぞれのダクトノズル一体カバー5部分に、4本のダクト部6と3本のノズル噴出通路7とが上下方向に交互に配置されており、従って、クトノズル一体カバー5部分における基板2に近接した最下部に、ダクト部6がそれぞれ配置されている。
【0078】
このような構成のプラズマ処理装置でも、実施形態1と同様にして、基板2に対して、所定のプラズマ処理が実施される。さして、プラズマ処理が実施される際には、ダクトノズル一体カバー5の各ノズル部7を通じてガス供給装置Sにより所望のガスを回転電極1の表面に噴き付けることによって、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等が強制的に引き剥がされる。回転電極1から引き剥がされた微粒子、反応生成物等は、ダクトノズル一体カバー5の各ダクト部6を通じて、吸引装置Hにより吸引されて除去される。
【0079】
このように、回転電極1の周囲を、複数のダクト部6および複数のノズル部7が設けられたダクトノズル一体カバー5で覆うことによって、微粒子、反応生成物等が回転電極1の周囲に飛散することを確実に防止することができる。しかも、ダクトノズル一体カバー5には、回転電極1の周囲に分散して複数のノズル部7が設けられているために、各ノズル部7から噴き付けられるガスによって、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等を、きわめて効率よく剥離することができる。さらには、回転電極1から剥離した微粒子、反応生成物等は、各ノズル部7に隣接して設けられた各ダクト部6によって吸引されて除去されるために、回転電極1から引き剥がされた微粒子、反応生成物等が、回転電極1の周囲に飛散することが確実に防止される。
【0080】
なお、図9に示すプラズマ処理装置では、ダクトノズル一体カバー5内に8個のダクト部6と、6個のノズル部7とが配置されているが、ダクト部6およびノズル部7の数はこれに限られず、必要に応じて各々1個以上であればよい。
【0081】
<実施形態3>
図10は、本実施形態3のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置においては、ダクト3の排気口3bが、吸引手段を構成するガス循環機構Rに接続されており、ノズル4のガス流入口4bがガス分配機構Vに接続されている。ガス循環機構Rは、ダクト3の内部を吸引するとともに、ダクト3の吸引口3aから吸引される微粒子、反応生成物等を含むガスをフィルタ処理、化学処理等を行った後に、ガス分配機構Vに供給するようになっている。ガス分配機構Vは、ガス循環機構Rから供給されるガスの全てまたは一部を、ノズル4のガス噴き出し口4aから回転電極1に噴き付けるように、ガス流量を調整する。その他の構成は、図1および図2に示すプラズマ処理装置の構成と同様になっている。
【0082】
このような構成のプラズマ処理装置においても、図1および図2に示すプラズマ処理装置と同様にして、基板2のプラズマ処理が行われる。そして、プラズマ処理が実施される際には、ガス循環機構Rによって、回転電極1の回転方向下流側に配置されたダクト3の吸引口3aからプラズマ発生領域Pで発生した微粒子、反応生成物等が吸引されて、ガス循環機構Rに供給される。そして、ガス循環機構Rでは、吸引されるガスを、フィルタ処理、化学処理等を施して、微粒子、反応生成物等を除去した後に、浄化されたガスを、ガス分配機構Vに供給する。ガス分配機構Vでは、ガス循環機構Rによって浄化されたガスの一部または全部が、回転電極1に対する噴き付け用のガスとしてノズル4に供給されて、ノズル4に供給されたガスが、ノズル4のガス噴き出し口4aから、回転電極1に噴き付けられる。
【0083】
これにより、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等が強制的に引き剥がされ、引き剥がされた微粒子、反応生成物等が、再度、ガス循環機構Rによって、ダクト3の吸引口3aから吸引される。ガス循環機構Rによって吸引されたガスは、再度、ガス循環機構Rによって浄化された後に、ガス分配機構Vおよびノズル4を介して、回転電極1の表面に噴き付けられる。
【0084】
ガス循環機構Rによって循環されてノズル4に再度供給されるガスの流量は、ガス分配機構Vによって調整される。なお、ガス循環機構Rから供給されるガスの流量を調整することなく、全てのガスをノズル4に循環させる場合には、ガス分配機構Vを設ける必要はない。
【0085】
このように、吸引手段としてガス循環機構Rを用いることにより、微粒子の除去を行うことができるとともに、吸引されたガスを再利用できるために、プラズマ処理装置のランニングコストを低減することができる。この場合、ガス循環機構Rによって吸引されるガスを、フィルタ処理、化学処理等によって浄化しているために、回転電極1の表面に付着している微粒子、反応生成物等が、浄化されたガスによって引き剥がされることになり、プラズマ発生領域Pにおける反応ガス等の汚染を確実に防止することができ、その結果、品質の良い薄膜を形成することができるとともに、汚染の少ない状態で、基板の加工処理、表面処理等を実施することができる。
【0086】
なお、図10に示すプラズマ処理装置では、ダクト3およびノズル4を、プラズマ発生領域Pよりも回転電極1の回転方向下流側にそれぞれ一つずつ設けているが、このように構成に限るものではない。ダクト3およびノズル4の配置、それぞれの個数は、図1〜図8に示したように、所望の位置に所望の個数だけ配置することができる。また、図9に示したように、ダクトノズル一体カバー5を設けて、ダクト3の代りにダクト部6を用い、ノズル4の代りにノズル部7を用いてもよい。
【0087】
<実施形態4>
図11は、本実施形態4のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は、ノズル4が接地されている。その他の構成は、図1および図2に示す実施形態1のプラズマ処理装置と同様になっている。
【0088】
このような構成のプラズマ処理装置も、図1および図2に示すプラズマ処理装置と同様にして、基板2のプラズマ処理が行われる。そして、プラズマ処理が実施される際には、吸引装置Hにより、回転電極1の回転方向下流側に配置されたダクト3の吸引口3aからプラズマ発生領域中の微粒子、反応生成物等を吸引して除去すると共に、ノズル4のガス噴き出し口4aからガス供給装置Sにより所望のガスを回転電極1の表面に噴き付けることによって回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等を強制的に引き剥がし、引き剥がされた微粒子、反応生成物等も、吸引装置Hにより、ダクト3の吸引口3aから吸引除去することができる。
【0089】
この場合、ノズル4はアース(接地電位)に接続されているため、回転電極1とノズル4との距離を調整することにより、回転電極1と接地されたノズル4との間に供給されるガスによって、プラズマQを発生させることができ、このプラズマQによって、回転電極1に噴き付けられるガスのみでは除去されない微粒子、反応生成物等を、回転電極1の表面から確実に引き剥がすことができる。そして、回転電極1から引き剥がされた微粒子、反応生成物等は、ダクト3の吸引口3aから吸引されて除去される。これにより、回転電極1に付着した微粒子、反応生成物等を、さらに確実に除去することができ、しかも、回転電極1から引き剥がされた微粒子、反応生成物等は、ダクト3の近傍以外に飛散するおそれがなく、従って、回転電極1の周囲の雰囲気および基板2の表面の汚染をさらに効果的に防止することができる。
【0090】
<実施形態5>
図12は、本実施形態5のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。
【0091】
このプラズマ処理装置においては、ノズル4におけるガス噴き出し口4a近傍に荷電粒子発生機構8が設けられている。前記荷電粒子発生機構は、図示しない正及び負電位を供給した電極を対向させる事により、若しくは光源より所望の波長を有する光を照射する事により、ガス供給装置Sから供給される所望のガスに応じた正、又は負イオンを発生させる装置である。
【0092】
その他の構成は、図1および図2に示す実施形態1のプラズマ処理装置と同様でになっている。
【0093】
このプラズマ処理装置でも、図1および図2に示すプラズマ処理装置と同様にして、基板2のプラズマ処理が行われる。そして、プラズマ処理が実施される際には、吸引装置Hにより、回転電極1の回転方向下流側に配置されたダクト3の吸引口3aからプラズマ発生領域中の微粒子、反応生成物等を吸引して除去すると共に、ガス供給装置Sにより、ノズル4のガス噴き出し口4aから所望のガスを回転電極1の表面に噴き付けることによって、回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等を強制的に引き剥がし、引き剥がされた微粒子、反応生成物等を吸引口3aから吸引装置Hにより吸引して除去することができる。
【0094】
さらに、ノズル4のガス噴き出し口4aの近傍には、荷電粒子発生機構8が設けられているため、ガス供給装置Sから供給される所望のガスを分解して、所望のイオン・電子を発生させることができる。このようなイオン・電子の帯電によるクーロン力により、ノズル4から回転電極1に噴き付けられるガスのみでは除去できない微粒子、反応生成物等を、回転電極1の表面から確実に引き剥がすことができる。これにより、回転電極1に付着した微粒子、反応生成物等がダクト3の近傍以外で剥離して飛散することによって、回転電極の周囲の雰囲気、基板2の表面等が汚染されることをさらに効果的に防止することができる。
【0095】
<実施形態6>
図13は、本実施形態6のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。このプラズマ処理装置は、反応容器(チャンバ)10の内部に回転電極1が配置されており、この回転電極1が反応容器10の外部に設けられた電源Dに接続されている。反応容器10の内部には、回転電極1と基板2との間のプラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向下流側にダクト3が配置されており、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向上流側にノズル4が配置されている。ダクト3は、図1および図2に示すプラズマ処理装置のダクト3と同様の構成になっている。
【0096】
ノズル4は、プラズマ発生領域Pに対して回転電極1の回転方向上流側における上下方向の中程の表面に、噴き出し口4aが対向した状態で、水平状態に配置される基板2に対して30度の傾斜角度で、ガス噴き出し口4aが上側になるように傾斜状態で配置されている。
【0097】
ダクト3の排気口3bには、吸引手段を構成するガス循環機構Rが接続されており、プラズマ中で発生した微粒子、反応生成物等が、ガス循環機構Rによって吸引される。ガス循環機構Rは、ガス分配機構Vに接続されており、ガス循環機構Rによって吸引される微粒子、反応生成物等のガスが、フィルタ処理、化学処理等によって浄化された後に、ガス分配機構Vに供給される。ガス分配機構Vは、一対のバルブV1およびV2を有している。一方のバルブV1は、開放されることによって、ガス循環機構Rによって供給されるガスを、反応容器10の内部に供給するようになっている。他方のバルブV2は、反応容器10の内部に設けられたノズル4のガス噴き出し口4aに接続されており、このバルブV2が開放されることによって、ガス循環機構Rから供給されるガスがノズル4に供給される。
【0098】
このような構成のプラズマ処理装置でも、図1および図2に示すプラズマ処理装置と同様にして、基板2のプラズマ処理が行われる。そして、プラズマ処理が実施される際には、ガス循環機構Rによって、回転電極1の回転方向下流側に配置されたダクト3の吸引口3aからプラズマ発生領域Pで発生した微粒子、反応生成物等が吸引されて、ガス循環機構Rに供給される。そして、ガス循環機構Rでは、吸引されるガスを、フィルタ処理、化学処理等を施して、微粒子、反応生成物等を除去した後に、浄化されたガスを、ガス分配機構Vに供給する。ガス分配機構Vでは、ガス循環機構Rによって浄化されたガスの一部または全部が、回転電極1に対する噴き付け用のガスとしてノズル4に供給されて、ノズル4に供給されたガスが、ノズル4のガス噴き出し口4aから、回転電極1に噴き付けられる。
【0099】
これにより、クリーニング用回転電極1の表面に付着した微粒子、反応生成物等が強制的に引き剥がされ、引き剥がされた微粒子、反応生成物等が、再度、ガス循環機構Rによって、ダクト3の吸引口3aから吸引される。ガス循環機構Rによって吸引装置Hにより吸引されたクリーニング用ガスは、再度、ガス循環機構Rによって浄化された後に、回転電極1の表面に噴き付けられる。
【0100】
この場合、ノズル4に再度供給されるガスの流量は、ガス分配機構Vによって調整され、例えば、バルブV2を全開状態として、バルブV1の開放状態を変更することによって、ノズル4に供給されるガス流量が調整される。
【0101】
<実施例>
以下に、 図13に示す本発明のプラズマ処理装置によるプラズマ処理についての具体例を実施例として説明する。本実施例では、図13に示すプラズマ処理装置によって、基板2であるガラス基板上にアモルファスシリコン薄膜を成膜する実験を行った。
【0102】
図13に示すプラズマ処理装置において、反応容器10内に設けられた回転電極1として、直径300mm、幅100mmの円筒形状であって、その外周面にアルミナ溶射が施されたものを用いた。回転電極1の周辺に供給される反応ガスとしては、He+SiH4(0.3%)+H2(9%)の混合ガスを用い、反応容器10の内部を大気圧に維持した。
【0103】
また、ヒーターを備えた基板搬送台(ステージ)上に、寸法100mm×100mm、厚さ0.7mmのガラス基板2を設置し、そのガラス基板2の温度を220℃に維持して、回転電極1との最狭隙間部のギャップが200μmとなるように対向させた。そして、回転電極1を5000r.p.m.の回転数で回転させ、回転電極1に周波数150MHzの高周波電力を800Wで印加し、ガラス基板2と回転電極1との間のプラズマ発生領域Pに反応容器10内の反応ガスに基づいてプラズマを発生させた。
【0104】
反応容器10内に配置されるダクト3の吸引口3aは、回転電極1の回転軸1aと平行な方向の幅寸法が218mm、ガラス基板2と垂直な方向の高さ寸法が30mmになっている。
【0105】
ノズル4は、回転電極1の回転軸1aに平行な幅方向の寸法が100mm、回転電極1に垂直な高さ方向の寸法が1mmの一定の断面長方形状になっている。ノズル4は、基板2と平行な水平方向に対して30°傾けて、プラズマ発生領域Pよりも回転電極1の回転方向上流側に配置した。
【0106】
ガス循環機構Rは、ダクト3からの吸引流量が、1260L/minと一定になるように吸引し、フィルタによってガス中の微粒子を除去した後に、ガス分配機構VのバルブV2およびノズル4を介して、回転電極1の表面にガスを噴き付けた。ノズル4のガス噴き出し口4aから噴き出されるガス流量は、ガス分配機構Vによって調整した。
【0107】
なお、ガス分配機構Vは、バルブV1を全閉状態とし、バルブV2を全開状態とした場合には、ノズル4のガス噴き出し口4aから噴き出されて回転電極1の表面上に噴き付けられるガス流量は、1260L/minとなり、また、バルブV1を全開状態とし、バルブV2を全閉状態とした場合には、ノズル4のガス噴き出し口4aからはガスは噴き出されず、基板2および回転電極1から離れた反応容器10の内部に、ガスが供給されることになる。
【0108】
本実施例では、ノズル4から噴出されるガス流量を、ガス分配機構VのバルブV2を全開状態とし、バルブV1の開閉度を3段階に調整することによって調整して、ガラス基板上に3種類(サンプルA〜C)のアモルファスシリコン薄膜を形成した。
【0109】
サンプルAは、バルブV2およびバルブV1をそれぞれ全開状態に維持して成膜した場合、サンプルBは、バルブV2を全開状態に維持するとともに、バルブV1を2割開放した状態で成膜した場合、サンプルCは、バルブV2を全開状態に維持するとともに、バルブV1を2割開放した状態で成膜した場合である。各サンプルA〜CにおけるバルブV2およびバルブV1の開閉度と、アモルファスシリコン薄膜の表面の目視状態を、表1に示す。また、各サンプルA〜C毎に、ガラス基板上への微粒子の付着状態を、SEMにより倍率10000倍で観察した。SEMにより観察したサンプルA〜Cの表面の写真を、図14(A)〜(C)にそれぞれ示す。
【0110】
【表1】
表1および図14に示すように、バルブV2を全開状態を維持して、バルブV1を全開状態としたサンプルAでは、ノズル4のガス噴き出し口4aから回転電極1に噴き付けられるガス流量が少なく、目視によって、アモルファスシリコン薄膜の表面に多量の微粒子が付着していることが確認された。また、顕微鏡による観察によっても、アモルファスシリコン薄膜の表面に多量の微粒子が付着していることが確認された。
【0111】
これに対して、バルブV2を全開状態を維持して、バルブV1を2割だけ開放状態としたサンプルB、および、バルブV2を全開状態を維持して、バルブV1を1割だけ開放状態としたサンプルCでは、ノズル4のガス噴き出し口4aからのガス流量が、順次増加しており、目視によって、アモルファスシリコン薄膜の表面には、微粒子がほとんど付着していないことが確認された。また、顕微鏡による観察によっても、アモルファスシリコン薄膜の表面には、微粒子がほとんど付着せず、アモルファスシリコン薄膜の品質が向上していることが確認された。
【0112】
バルブV2を全開状態を維持して、バルブV1を1割だけ開放状態としたサンプルCでは、ノズル4のガス噴き出し口4aからは、500L/min以上の流量でガスが回転電極1の表面に吹き付けられている。従って、ノズル4のガス噴き出し口4aから噴き出されるガス流量が500L/min以上であれば、微粒子の付着が少なく、非常に良好な膜質の薄膜を成膜することができる。
【0113】
なお、基板を加工する場合、基板の表面を処理する場合においても、同様に、微粒子、反応生成物等を確実に吸引して除去することができるために、基板加工および基板表面処理を高品質で実施することができる。
【0114】
【発明の効果】
本発明のプラズマ処理装置は、このように、回転電極の近傍に設けられた吸引手段の吸引口から、プラズマ発生領域で発生した微粒子、反応生成物等が吸引されて除去されると共に、ノズルから回転電極の表面に噴き付けられるガスによって回転電極に付着した微粒子、反応生成物等が引き剥がされて、吸引手段の吸引口から吸引されて除去される。その結果、ダクトのみでは吸引除去しきれない回転電極表面に付着した微粒子、反応生成物等も、吸引することができる。さらに、回転電極表面から引き剥がされた微粒子、反応生成物等が吸引口によって吸引されることにより、反応容器内の雰囲気および被処理基板の表面が汚染されることを防止することができる。従って、基板上への成膜、基板の加工、基板の表面処理等のプラズマ処理を高品質で、しかも、高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のプラズマ処理装置の実施形態の一例の要部構成を示す斜視図である。
【図2】そのプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。
【図3】実施形態1のプラズマ処理装置における回転電極、ダクトおよびノズルの他の配置例を示す断面図である。
【図4】実施形態1のプラズマ処理装置における回転電極、ダクトおよびノズルの他の配置例を示す断面図である。
【図5】実施形態1のプラズマ処理装置における回転電極、ダクトおよびノズルの他の配置例を示す断面図である。
【図6】実施形態1のプラズマ処理装置における回転電極、ダクトおよびノズルの他の配置例を示す断面図である。
【図7】実施形態1のプラズマ処理装置における回転電極、ダクトおよびノズルの他の配置例を示す断面図である。
【図8】実施形態1のプラズマ処理装置における回転電極、ダクトおよびノズルの他の配置例を示す断面図である。
【図9】実施形態2のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。
【図10】実施形態3のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。
【図11】実施形態4のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。
【図12】実施形態5のプラズマ処理装置の要部構成を示す断面図である。
【図13】実施形態6のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図14】(A)〜(C)は、それぞれ、実施例で成膜された薄膜のSEM表面観察写真である。
【図15】従来のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図16】従来のプラズマ処理装置の要部構成を示す斜視図である。
【図17】従来のプラズマ処理装置の要部構成の説明図である。
【図18】従来のプラズマ処理装置において、ダクト上端と回転電極外周面との隙間におけるガス流れを示す断面図である。
【符号の説明】
1 回転電極
1a 回転軸
2 基板
3 第2ダクト
32 ダクト
3a、32a 吸引口
3b 排気口
4 ノズル
4a ガス噴き出し口
4b ガス流入口
5 ダクトノズル一体カバー
6 ダクト部
7 ノズル部
8 荷電粒子発生機構
10 反応容器
D 電源
H 吸引装置
S ガス供給装置
P、Q プラズマ発生領域
R ガス循環機構
V ガス分配機構
V1、V2 バルブ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for performing plasma processing such as thin film formation on a substrate to be processed, processing of a substrate, surface processing of a substrate, etc., using a chemical reaction by plasma.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as a plasma processing apparatus that performs plasma processing such as thin film formation on various substrates, processing of substrates, surface processing of substrates, etc. using chemical reactions by plasma, the surface of the electrode is rotated around a rotation axis. Has been developed that uses an electrode that passes near the substrate surface (hereinafter referred to as a rotating electrode). An example of a plasma processing apparatus using a rotating electrode is shown in FIG.
[0003]
In this plasma processing apparatus, a substrate transfer table 11 on which a
[0004]
A
[0005]
One end of the rotating
[0006]
In the plasma processing apparatus having such a configuration, the inside of the
In this case, the
[0007]
In such a plasma processing apparatus using the rotating
[0008]
Further, even if the surface of the
[0009]
Furthermore, since the surface of the rotating
[0010]
However, in such a plasma processing apparatus, when the inside of the reaction vessel (chamber) 10 is maintained at a high pressure and film formation is performed on the surface of the
[0011]
In response to these problems, the reaction gas existing near the rotating electrode is sucked to remove the fine particles in the reaction gas, thereby preventing deterioration of the quality of the thin film formed on the substrate and contamination of the thin film surface. For this purpose, a plasma processing apparatus has been developed in which a duct (suction port) for sucking and removing fine particles is installed on the downstream side of the rotating electrode in the rotation direction (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 9-104985 (patent) Reference 1) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-26876 (Patent Document 2)).
[0012]
16 and 17 are a perspective view and a cross-sectional view, respectively, showing the main configuration of the plasma processing apparatus disclosed in
[0013]
This plasma processing apparatus is provided with a
[0014]
The
[0015]
The lower end of each
[0016]
The
[0017]
FIG. 17 is a cross-sectional view of the end of the
[0018]
Further, the suction port of the
[0019]
Further, the gap b along the axial direction of the
[0020]
Further, the gap c between the lower end surface of each
[0021]
Here, “the flow resistance of the gas sucked from the lower end of the duct suction port” means the gas in the rotation direction of the rotating
[0022]
The gaps b on both sides of the upper part formed by the end faces of the rotating
[0023]
Furthermore, as shown in FIG. 18, a relatively clean gas is sucked into the
[0024]
[Patent Document 1]
JP-A-9-104985
[0025]
[Patent Document 2]
JP 2001-26876 A
[0026]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a plasma processing apparatus has the following problems.
[0027]
In order to reduce the gap a between the end of the
[0028]
In order to effectively suck the gas not from the gap b on both sides of the suction port and the gap c on the lower end portion of the suction port but from the gap a on the upper end portion of the suction port, the gap b on both sides of the suction port and the suction It is necessary to set the size of the gap c at the lower end of the mouth to be smaller. In this case, more accurate parts are required, and the cost of the apparatus is increased.
[0029]
Furthermore, in order to scrape most of the gas including particles near the surface of the
[0030]
Further, the particles near the electrode surface scraped by the gap a at the upper end of the suction port are not all sucked into the
[0031]
Further, on the upstream side in the flow direction of the rotating
[0032]
The present invention solves such a conventional problem, and an object of the present invention is to effectively remove fine particles, reaction products, and the like attached to the rotating electrode without increasing the apparatus cost. Another object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of suppressing contamination of the atmosphere in the reaction vessel and the surface of the substrate to be processed.
[0033]
[Means for Solving the Problems]
In the plasma processing apparatus of the present invention, the rotating electrode is arranged so that the outer peripheral surface becomes the electrode surface and can rotate about the axis, and the substrate is arranged with a predetermined gap with respect to the rotating electrode. Then, by supplying electric power to the rotating electrode while rotating the rotating electrode, and generating a plasma in a gap between the rotating electrode and the substrate, and supplying a reactive gas to the plasma generation region, A predetermined plasma treatmentDoA plasma processing apparatus, wherein a nozzle for injecting gas onto the surface of the rotating electrodeThe gas outlet of the nozzle is disposed downstream of the plasma generation region in the rotation direction of the rotating electrode.It is characterized by.
[0034]
A duct for sucking a reaction product is provided in the vicinity of the rotating electrode, and a gas outlet of the nozzle and a suction port of the duct are arranged close to each other..
[0035]
The gas ejection port of the nozzle is disposed downstream in the rotation direction of the rotary electrode from the suction port of the duct.
[0036]
The gas ejection port of the nozzle is arranged on the upstream side in the rotation direction of the rotary electrode with respect to the suction port of the duct.
[0037]
Further, in the plasma processing apparatus of the present invention, the rotating electrode is arranged so that the outer peripheral surface becomes the electrode surface and can rotate around the axis, and the substrate is separated from the rotating electrode with a predetermined gap. By arranging and supplying electric power to the rotating electrode while rotating the rotating electrode, and generating a plasma in a gap between the rotating electrode and the substrate, and supplying a reactive gas to the plasma generation region, A plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma process on the substrate, provided with a nozzle for injecting a gas to the surface of the rotating electrode, and a duct for sucking a reaction product in the vicinity of the rotating electrode; and The gas ejection port of the nozzle and the suction port of the duct are arranged close to each other.
[0038]
The gas ejection port of the nozzle and the suction port of the duct are arranged upstream in the rotation direction of the rotating electrode with respect to the plasma generation region.
[0039]
The gas ejection port of the nozzle is disposed downstream in the rotation direction of the rotary electrode from the suction port of the duct.
[0040]
The gas ejection port of the nozzle is arranged on the upstream side in the rotation direction of the rotary electrode with respect to the suction port of the duct.
[0041]
The flow rate of the gas ejected from the gas ejection port of the nozzle is set to 500 L / min or more and 1260 L / min or less.
[0042]
Further, in the plasma processing apparatus of the present invention, the rotating electrode is arranged so that the outer peripheral surface becomes the electrode surface and can rotate around the axis, and the substrate is separated from the rotating electrode with a predetermined gap. By arranging and supplying electric power to the rotating electrode while rotating the rotating electrode, and generating a plasma in a gap between the rotating electrode and the substrate, and supplying a reactive gas to the plasma generation region, A plasma processing apparatus for performing a predetermined plasma process on the substrate, wherein a nozzle for injecting a gas to the surface of the rotating electrode is provided, and a charged particle generator is provided in the vicinity of the gas outlet of the nozzle. Is provided.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0045]
<
FIG. 1 is a perspective view showing a main configuration of an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention. In the plasma processing apparatus of the present invention, a substrate transfer table is installed, and a
[0046]
FIG. 2 is a cross-sectional view in a plane perpendicular to the rotation axis of the
[0047]
One end of the
[0048]
A
[0049]
The
[0050]
The opening in the
[0051]
The
[0052]
A gas supply device S is connected to the
[0053]
In the plasma processing apparatus having such a configuration, the plasma processing of the
[0054]
In this case, the entire surface of the
[0055]
During the plasma processing of the
[0056]
In addition, in this case, the gas supplied from the gas supply device S is supplied to the surface of the
[0057]
In this case, since the
[0058]
As described above, the fine particles, reaction products, and the like adhering to the surface of the
[0059]
FIG. 3 is a cross-sectional view showing another arrangement example of the
[0060]
Thus, by disposing the
[0061]
In addition, the inclination angle θ of the
[0062]
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another arrangement example of the
[0063]
In this way, by arranging the
[0064]
FIG. 5 is a cross-sectional view showing another arrangement example of the
[0065]
In the plasma processing apparatus having such a configuration, the gas is generated in the plasma generation region P and floated in the gas phase by the
[0066]
6 and 7 are cross-sectional views showing other arrangement examples of the
[0067]
In the configuration shown in FIG. 6, the
[0068]
Further, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 7, in the plasma processing apparatus shown in FIG. 6, the
[0069]
In the plasma processing apparatus shown in FIGS. 6 and 7, the
[0070]
In the plasma processing apparatus shown in FIGS. 6 and 7, the
[0071]
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a plasma processing apparatus of another arrangement example of the
[0072]
In the plasma processing apparatus having such a configuration, fine particles, reaction products, and the like generated on the upstream side in the rotation direction of the
[0073]
<
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the main part of the second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. In this plasma processing apparatus, the periphery excluding the plasma generation region P below the
[0074]
The duct nozzle integrated
[0075]
Similarly, the duct nozzle integrated
[0076]
All the
[0077]
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 9, four
[0078]
In the plasma processing apparatus having such a configuration, a predetermined plasma process is performed on the
[0079]
Thus, by covering the periphery of the
[0080]
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 9, eight
[0081]
<
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the main configuration of the plasma processing apparatus according to the third embodiment. In this plasma processing apparatus, the
[0082]
Also in the plasma processing apparatus having such a configuration, the plasma processing of the
[0083]
As a result, the fine particles, reaction products, etc. adhering to the surface of the
[0084]
The flow rate of the gas circulated by the gas circulation mechanism R and supplied again to the
[0085]
As described above, by using the gas circulation mechanism R as the suction unit, the fine particles can be removed and the sucked gas can be reused, so that the running cost of the plasma processing apparatus can be reduced. In this case, since the gas sucked by the gas circulation mechanism R is purified by filter processing, chemical processing, or the like, fine particles, reaction products, etc. adhering to the surface of the
[0086]
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 10, the
[0087]
<
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main configuration of the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment. In this plasma processing apparatus, the
[0088]
The plasma processing apparatus having such a configuration also performs the plasma processing of the
[0089]
In this case, since the
[0090]
<
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the main configuration of the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment.
[0091]
In this plasma processing apparatus, a charged particle generating mechanism 8 is provided in the vicinity of the
[0092]
Other configurations are the same as those of the plasma processing apparatus of the first embodiment shown in FIGS.
[0093]
Also in this plasma processing apparatus, plasma processing of the
[0094]
Further, since the charged particle generation mechanism 8 is provided in the vicinity of the
[0095]
<
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the main configuration of the plasma processing apparatus of the sixth embodiment. In this plasma processing apparatus, a
[0096]
The
[0097]
A gas circulation mechanism R constituting suction means is connected to the
[0098]
Even in the plasma processing apparatus having such a configuration, the plasma processing of the
[0099]
As a result, the fine particles, reaction products, etc. adhering to the surface of the cleaning
[0100]
In this case, the flow rate of the gas supplied again to the
[0101]
<Example>
Hereinafter, a specific example of plasma processing by the plasma processing apparatus of the present invention shown in FIG. 13 will be described as an example. In this example, an experiment was performed in which an amorphous silicon thin film was formed on a glass substrate as the
[0102]
In the plasma processing apparatus shown in FIG. 13, the rotating
[0103]
In addition, a
[0104]
The
[0105]
The
[0106]
The gas circulation mechanism R performs suction so that the suction flow rate from the
[0107]
In the gas distribution mechanism V, when the valve V1 is fully closed and the valve V2 is fully open, the gas is ejected from the
[0108]
In this embodiment, the flow rate of the gas ejected from the
[0109]
Sample A is formed when the valve V2 and the valve V1 are maintained in the fully opened state, and sample B is formed when the valve V2 is maintained in the fully opened state and the valve V1 is opened by 20%. Sample C is a film formed with the valve V2 kept fully open and the valve V1 opened 20%. Table 1 shows the degree of opening and closing of the valves V2 and V1 and the visual state of the surface of the amorphous silicon thin film in each of the samples A to C. In addition, for each of the samples A to C, the adhesion state of the fine particles on the glass substrate was observed with a SEM at a magnification of 10,000 times. The photographs of the surfaces of Samples A to C observed with SEM are shown in FIGS.
[0110]
[Table 1]
As shown in Table 1 and FIG. 14, in the sample A in which the valve V2 is kept fully open and the valve V1 is fully opened, the gas flow rate injected from the
[0111]
On the other hand, the sample V in which the valve V2 is kept fully open and the valve V1 is opened by 20%, and the valve V2 is kept fully opened and the valve V1 is opened by 10%. In the sample C, the gas flow rate from the
[0112]
In the sample C in which the valve V2 is kept fully open and the valve V1 is opened by 10%, gas is sprayed from the
[0113]
In addition, when processing the substrate, when processing the surface of the substrate, similarly, since fine particles, reaction products, etc. can be reliably sucked and removed, the substrate processing and the substrate surface treatment are of high quality. Can be implemented.
[0114]
【The invention's effect】
In this way, the plasma processing apparatus of the present invention sucks and removes fine particles, reaction products, etc. generated in the plasma generation region from the suction port of the suction means provided in the vicinity of the rotating electrode, and from the nozzle. Particulates, reaction products, and the like attached to the rotating electrode are peeled off by the gas sprayed on the surface of the rotating electrode, and are sucked and removed from the suction port of the suction means. As a result, fine particles, reaction products, and the like attached to the surface of the rotating electrode that cannot be sucked and removed only by the duct can be sucked. Furthermore, the fine particles, reaction products, and the like peeled off from the surface of the rotating electrode are sucked by the suction port, so that the atmosphere in the reaction vessel and the surface of the substrate to be processed can be prevented from being contaminated. Therefore, plasma processing such as film formation on the substrate, processing of the substrate, and surface treatment of the substrate can be performed with high quality and at high speed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a main part of an example of an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a main configuration of the plasma processing apparatus.
3 is a cross-sectional view showing another arrangement example of the rotating electrode, the duct and the nozzle in the plasma processing apparatus of
4 is a cross-sectional view showing another arrangement example of rotating electrodes, ducts, and nozzles in the plasma processing apparatus of
5 is a cross-sectional view showing another arrangement example of the rotating electrode, the duct and the nozzle in the plasma processing apparatus of
6 is a cross-sectional view showing another arrangement example of rotating electrodes, ducts, and nozzles in the plasma processing apparatus of
7 is a cross-sectional view showing another arrangement example of rotating electrodes, ducts and nozzles in the plasma processing apparatus of
8 is a cross-sectional view showing another arrangement example of the rotating electrode, duct and nozzle in the plasma processing apparatus of
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main configuration of a plasma processing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a main configuration of a plasma processing apparatus according to a third embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main configuration of a plasma processing apparatus according to a fourth embodiment.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main configuration of a plasma processing apparatus according to a fifth embodiment.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a sixth embodiment.
14A to 14C are SEM surface observation photographs of thin films formed in Examples, respectively.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional plasma processing apparatus.
FIG. 16 is a perspective view showing a main configuration of a conventional plasma processing apparatus.
FIG. 17 is an explanatory diagram of a main configuration of a conventional plasma processing apparatus.
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the gas flow in the gap between the upper end of the duct and the outer peripheral surface of the rotating electrode in the conventional plasma processing apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Rotating electrode
1a Rotating shaft
2 Substrate
3 Second duct
32 Duct
3a, 32a Suction port
3b Exhaust port
4 nozzles
4a Gas outlet
4b Gas inlet
5 Duct nozzle integrated cover
6 Duct section
7 Nozzle
8 Charged particle generation mechanism
10 reaction vessel
D power supply
H suction device
S gas supply device
P, Q plasma generation region
R Gas circulation mechanism
V Gas distribution mechanism
V1, V2 valve
Claims (10)
該回転電極の表面にガスを噴き付けるノズルが設けられており、
且つ前記ノズルのガス噴き出し口が、前記プラズマ発生領域に対して前記回転電極の回転方向下流側に配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。A rotating electrode is arranged so that the outer peripheral surface becomes the electrode surface and can rotate around the axis, and a substrate is arranged with a predetermined gap with respect to the rotating electrode, and the rotating electrode is rotated. While supplying electric power to the rotating electrode and generating a plasma in a gap between the rotating electrode and the substrate, a reactive gas is supplied to the plasma generation region, whereby a predetermined plasma treatment is performed on the substrate. A plasma processing apparatus to perform ,
A nozzle for injecting gas onto the surface of the rotating electrode is provided;
The plasma processing apparatus is characterized in that the gas outlet of the nozzle is disposed downstream of the plasma generation region in the rotation direction of the rotating electrode .
該回転電極の表面にガスを噴き付けるノズル、及び前記回転電極近傍に反応生成物を吸引するダクトが設けられており、
且つ前記ノズルのガス噴き出し口と前記ダクトの吸引口とが近接して配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A rotating electrode is arranged so that the outer peripheral surface becomes the electrode surface and can rotate around the axis, and a substrate is arranged with a predetermined gap with respect to the rotating electrode, and the rotating electrode is rotated. While supplying electric power to the rotating electrode and generating a plasma in a gap between the rotating electrode and the substrate, a reactive gas is supplied to the plasma generation region, whereby a predetermined plasma treatment is performed on the substrate. A plasma processing apparatus to perform,
A nozzle for injecting gas onto the surface of the rotating electrode, and a duct for sucking a reaction product in the vicinity of the rotating electrode;
The plasma processing apparatus is characterized in that the gas ejection port of the nozzle and the suction port of the duct are arranged close to each other.
該回転電極の表面にガスを噴き付けるノズルが設けられており、
且つ前記ノズルのガス噴き出し口近傍に、荷電粒子発生装置が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A rotating electrode is arranged so that the outer peripheral surface becomes the electrode surface and can rotate around the axis, and a substrate is arranged with a predetermined gap with respect to the rotating electrode, and the rotating electrode is rotated. While supplying electric power to the rotating electrode and generating a plasma in a gap between the rotating electrode and the substrate, a reactive gas is supplied to the plasma generation region, whereby a predetermined plasma treatment is performed on the substrate. A plasma processing apparatus to perform,
A nozzle for injecting gas onto the surface of the rotating electrode is provided;
A charged particle generator is provided in the vicinity of a gas outlet of the nozzle.
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