JPWO2008123300A1 - Plasma processing equipment - Google Patents

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Abstract

本発明のプラズマ処理装置は、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列されてなるアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に設けられたガス放射板を備えるガス放射部と、を有する。前記アンテナ素子及び前記放射板を、処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていない。これにより、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制し、膜質および膜厚均一性が優れた膜を形成することができる。The plasma processing apparatus of the present invention includes: a plasma generating unit that generates plasma using an antenna array in which a plurality of antenna elements configured with rod-shaped conductors whose surfaces are covered with a dielectric are arranged with a predetermined gap; A gas radiating unit provided to cover the plasma generating unit and including a gas radiating plate provided above the antenna array. When the antenna element and the radiation plate are viewed from a direction perpendicular to the surface of the substrate to be processed, the radiation plate has a first region aligned with a region between the antenna elements of the plasma generation unit. A plurality of gas discharge ports opened to the plasma generation unit are formed, and the gas discharge ports are not formed in the second region that matches the region where the antenna element is located. As a result, even when the film formation area is large, it is possible to improve the film formation speed, suppress the generation of particles, and form a film with excellent film quality and film thickness uniformity.

Description

本発明は、半導体素子、フラットパネルディスプレイ、および太陽電池などの製造に用いられるプラズマ処理装置に関し、特に、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制することができるプラズマ処理装置に関するものである。   The present invention relates to a plasma processing apparatus used in the manufacture of semiconductor elements, flat panel displays, solar cells, and the like, and in particular, improves film formation speed and generates particles even when the film formation area is large. The present invention relates to a plasma processing apparatus that can be suppressed.

今日、半導体素子、太陽電池、または液晶表示パネルもしくはプラズマディスプレイパネルなどのフラットパネルディスプレイの製造には、エッチング、スパッタリングまたはＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）等が利用されて、精度の高い加工処理が行なわれている。
半導体素子の製造において、プラズマを用いた処理（プラズマ処理）が施されるシリコンウエハ、およびフラットパネルディスプレイに用いられるガラス基板は、大型化の一途をたどっている。これに対応してプラズマ処理を施す処理装置の減圧処理室（チャンバ）も大型化し、この減圧処理室内において、半導体素子またはフラットパネルディスプレイなどの各種基板に形成される膜の成形精度に大きな影響を与える反応性プラズマ中の反応活性種（ラジカル）またはイオンを均一に生成させて、均一なプラズマ処理を行う必要性が増大している。Today, flat panel displays such as semiconductor elements, solar cells, or liquid crystal display panels or plasma display panels are manufactured using etching, sputtering, or CVD (Chemical Vapor Deposition), and high-precision processing is performed. ing.
In the manufacture of semiconductor elements, silicon wafers subjected to processing using plasma (plasma processing) and glass substrates used for flat panel displays are becoming larger and larger. Correspondingly, the decompression processing chamber (chamber) of the processing apparatus for performing plasma processing is also enlarged, and in this decompression processing chamber, the molding accuracy of films formed on various substrates such as semiconductor elements or flat panel displays is greatly affected. There is an increasing need to perform uniform plasma processing by uniformly generating reactive species (radicals) or ions in the reactive plasma to be applied.

大型の薄膜太陽電池を製造する装置として、例えば、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）プラズマＣＶＤ装置またはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）プラズマ装置を用いることができる。
しかしながら、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得るプラズマを発生させるには、例えば、ＥＣＲプラズマＣＶＤ装置では、サイクロトロンに使用する磁場発生用のコイルと放射電波用のアンテナの配置が互いに干渉するようになり、実現は困難である。As an apparatus for manufacturing a large-sized thin film solar cell, for example, an ECR (Electron Cyclotron Resonance) plasma CVD apparatus or an ICP (Inductively Coupled Plasma) plasma apparatus can be used.
However, in order to generate plasma for obtaining a vapor deposition surface having a large area of about 1 m × 1 m, for example, in an ECR plasma CVD apparatus, the arrangement of a magnetic field generating coil used for a cyclotron and an antenna for a radiated radio wave interfere with each other. It is difficult to realize.

そこで、プラズマＣＶＤ装置において、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得るプラズマを発生させるためのアンテナが提案されている（特許文献１）。
特許文献１には、表面を誘電体が覆われた柱状の導電体からなる複数のアンテナ素子を、交互に給電方向を逆にして平行的にかつ平面状に配置したアレイアンテナからなるプラズマ生成用アンテナが開示されている。この特許文献１のプラズマ生成用アンテナを用いることにより、電磁波の空間分布が一様なプラズマを発生させることができ、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積の蒸着面を得ることができる。Therefore, an antenna for generating plasma that obtains a vapor deposition surface with a large area of about 1 m × 1 m in a plasma CVD apparatus has been proposed (Patent Document 1).
In Patent Document 1, a plurality of antenna elements made of columnar conductors whose surfaces are covered with a dielectric are alternately arranged in parallel and in a plane with the feeding direction reversed, for generating plasma. An antenna is disclosed. By using the antenna for generating plasma of Patent Document 1, plasma with uniform spatial distribution of electromagnetic waves can be generated, and a vapor deposition surface having a large area of about 1 m × 1 m can be obtained.

次に、特許文献１に開示されたアレイアンテナを備える従来のプラズマＣＶＤ装置について説明する。
ここで、図５は、従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。
図５に示す従来のプラズマＣＶＤ装置１００は、制御部１０２、分配器１０４、インピーダンス整合器１０６および直方体状の反応容器１０８を有する。この制御部１０２は、プラズマＣＶＤ装置１００の各機器を制御するものである。Next, a conventional plasma CVD apparatus including the array antenna disclosed in Patent Document 1 will be described.
Here, FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a conventional plasma CVD apparatus.
A conventional plasma CVD apparatus 100 shown in FIG. 5 includes a control unit 102, a distributor 104, an impedance matching unit 106, and a rectangular parallelepiped reaction vessel 108. The control unit 102 controls each device of the plasma CVD apparatus 100.

反応容器１０８には、導入口１１０が形成されており、この導入口１１０にガス供給管１１２を介して成膜ガス供給部１１４が接続されている。この成膜ガス供給部１１４は、例えば、ＳｉＯ２膜を成膜する場合、原料ガスＧとして、酸素ガスおよびＴＥＯＳ（Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate（テトラエトキシシラン））ガス（以下、ＴＥＯＳガスという）を供給するものである。An introduction port 110 is formed in the reaction vessel 108, and a film forming gas supply unit 114 is connected to the introduction port 110 through a gas supply pipe 112. For example, when forming a SiO 2 film, the deposition gas supply unit 114 uses oxygen gas and TEOS (Tetra-Ethyl-Ortho-Silicate) gas (hereinafter referred to as TEOS gas) as the source gas G. ).

また、反応容器１０８の下壁１０８ｂには、排気口１１６が形成されている。この排気口１１６に排気管１１８を介して、反応容器１０８内を真空にする真空排気部１２０が接続されている。また、反応容器１０８には内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。   An exhaust port 116 is formed in the lower wall 108b of the reaction vessel 108. A vacuum exhaust unit 120 that evacuates the reaction vessel 108 is connected to the exhaust port 116 via an exhaust pipe 118. The reaction vessel 108 is provided with a pressure sensor (not shown) for measuring the internal pressure.

また、反応容器１０８の内部には、上壁１０８ａ側から順に、ガス放射板１２２、複数のアンテナ素子１２４からなるアンテナアレイ１２６、および基板ステージ１２８が設けられている。この基板ステージ１２８の表面１２８ａに基板１３０が載置される。   In addition, in the reaction vessel 108, a gas radiation plate 122, an antenna array 126 including a plurality of antenna elements 124, and a substrate stage 128 are provided in this order from the upper wall 108a side. A substrate 130 is placed on the surface 128 a of the substrate stage 128.

また、インピーダンス整合器１０６は、アンテナ素子１２４に接続されており、プラズマ生成時におけるアンテナ素子１２４の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正する。   The impedance matching unit 106 is connected to the antenna element 124 and corrects an impedance mismatch caused by a change in the load of the antenna element 124 during plasma generation.

ガス放射板１２２は、成膜ガス供給部１１４から導入された原料ガスＧを広い面積に渡って拡散させるものであり、反応容器１０８の内部の全域に亘る大きさを有する。このガス放射板１２２により、反応容器１０８内が２つの空間に仕切られている。ガス放射板１２２の上壁１０８ａ側の空間がガス分散室１３２であり、ガス放射板１２２の下壁１０８ｂ側の空間が反応室１３４である。
また、ガス放射板１２２は、貫通穴１２２ａが複数形成されたものである。このガス放射板１２２は金属で形成されており、接地されている。
なお、基板ステージ１２８には、ヒータ（図示せず）が設けられており、このヒータは、制御部１０２により制御される。The gas radiation plate 122 diffuses the source gas G introduced from the film forming gas supply unit 114 over a wide area, and has a size over the entire area inside the reaction vessel 108. The gas radiating plate 122 partitions the reaction vessel 108 into two spaces. A space on the upper wall 108 a side of the gas radiation plate 122 is a gas dispersion chamber 132, and a space on the lower wall 108 b side of the gas radiation plate 122 is a reaction chamber 134.
The gas radiation plate 122 has a plurality of through holes 122a. The gas radiation plate 122 is made of metal and is grounded.
The substrate stage 128 is provided with a heater (not shown), and this heater is controlled by the control unit 102.

従来のプラズマＣＶＤ装置１００において、ガラス基板またはシリコンウエハ等の基板１３０の表面１３０ａに、例えば、ＳｉＯ２膜を形成する場合、反応容器１０８内の圧力を真空排気部１２０により１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の状態とし、さらに、アンテナ素子１２４に高周波信号を給電することにより、アンテナ素子１２４の周囲に電磁波が放射される。
このとき、原料ガスＧを、成膜ガス供給部１１４からガス分散室１３２に供給し、この原料ガスＧが、貫通孔１２２ａから反応室１３４に一定の流速で流入する。そして、原料ガスＧが電離して、空間密度が均一なプラズマが発生する。これにより、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜が形成される。
このように、従来のプラズマＣＶＤ装置１００においては、均一なプラズマを発生させることができるため、１ｍ×１ｍ程度の大きな面積であっても、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜を形成することができる。In the conventional plasma CVD apparatus 100, for example, when a SiO 2 film is formed on the surface 130a of a substrate 130 such as a glass substrate or a silicon wafer, the pressure in the reaction vessel 108 is set to about 1 Pa to several hundreds Pa by the vacuum exhaust unit 120. In addition, by supplying a high-frequency signal to the antenna element 124, electromagnetic waves are radiated around the antenna element 124.
At this time, the source gas G is supplied from the film forming gas supply unit 114 to the gas dispersion chamber 132, and this source gas G flows into the reaction chamber 134 from the through hole 122a at a constant flow rate. Then, the source gas G is ionized, and plasma with a uniform spatial density is generated. Thereby, a SiO 2 film is formed on the surface 130 a of the substrate 130.
Thus, in the conventional plasma CVD apparatus 100, uniform plasma can be generated. Therefore, even if the area is as large as 1 m × 1 m, an SiO 2 film can be formed on the surface 130 a of the substrate 130. it can.

特開２００３−８６５８１号公報JP 2003-86581 A

上述のように、従来のプラズマＣＶＤ装置１００は、大きな面積であっても、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜を形成することができる。しかしながら、発生したプラズマが、アンテナ素子１２４にまでも及ぶ状態、すなわち、プラズマ中にアンテナ素子１２４が配置された状態となり、アンテナ素子１２４の表面１２４ａ近傍においては、電界分布が極度に高い。このため、アンテナ素子１２４の表面１２４ａ近傍では、プラズマにより原料ガスＧが過剰に分解されてしまう。これにより、例えば、基板１３０の表面１３０ａにＳｉＯ２膜を形成する場合、プラズマにより、ＳｉＯ２等の反応生成物が過剰に生成され、成膜に寄与することなく、アンテナ素子１２４の表面１２４ａに付着、さらには堆積してしまう。このように、成膜に寄与するＳｉＯ２の割合が減り、成膜速度が低下するという問題点がある。
また、アンテナ素子１２４の表面１２４ａ近傍で、原料ガスＧが過剰に分解されることにより、原料ガスＧの分解の程度が不均一になり、十分な膜厚均一性が得られない虞もある。
さらには、アンテナ素子１２４の表面１２４ａに堆積したＳｉＯ２（反応生成物）がパーティクルとなり、処理室１３４内のパーティクルの増加を招くという問題点もある。このパーティクルの増加により、形成される膜の膜質が低下する虞もある。As described above, the conventional plasma CVD apparatus 100 can form the SiO 2 film on the surface 130a of the substrate 130 even if the area is large. However, the generated plasma reaches the antenna element 124, that is, the antenna element 124 is disposed in the plasma, and the electric field distribution is extremely high in the vicinity of the surface 124a of the antenna element 124. For this reason, in the vicinity of the surface 124a of the antenna element 124, the source gas G is excessively decomposed by the plasma. Thereby, for example, when an SiO 2 film is formed on the surface 130 a of the substrate 130, an excessive reaction product such as SiO 2 is generated by the plasma and does not contribute to the film formation on the surface 124 a of the antenna element 124. Adhesion and further deposition. Thus, there is a problem in that the proportion of SiO 2 that contributes to the film formation is reduced and the film formation rate is reduced.
Further, when the source gas G is excessively decomposed in the vicinity of the surface 124a of the antenna element 124, there is a possibility that the degree of decomposition of the source gas G becomes non-uniform and sufficient film thickness uniformity cannot be obtained.
Further, there is a problem that SiO 2 (reaction product) deposited on the surface 124a of the antenna element 124 becomes particles and causes an increase in particles in the processing chamber 134. Due to the increase of the particles, the film quality of the formed film may be deteriorated.

本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制し、膜質および膜厚均一性が優れた膜を形成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。   An object of the present invention is to solve the problems based on the above prior art, improve the film forming speed even when the film forming area is large, suppress the generation of particles, and improve the film quality and film thickness uniformity. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of forming an excellent film.

上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを用いて処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列されてなるアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に設けられたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、前記アンテナ素子及び前記放射板を、処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。   In order to achieve the above object, the present invention provides a plasma processing apparatus for processing a substrate to be processed using a raw material gas, wherein a plurality of antenna elements each composed of a rod-shaped conductor whose surface is covered with a dielectric are provided. A gas generator comprising: a plasma generator that generates plasma using an antenna array that is arranged with a gap therebetween; and a gas radiator plate that is provided so as to cover the plasma generator and is provided above the antenna array When the antenna element and the radiation plate are viewed from a direction perpendicular to the surface of the substrate to be processed, the radiation plate includes a region between the antenna elements of the plasma generation unit. A plurality of gas discharge ports opened to the plasma generation unit are formed in the first region to be matched, and the second region to be matched with the region where the antenna element is positioned is the gas region. There is provided a plasma processing apparatus characterized by outlet is not formed.

本発明においては、前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージを有し、前記基板ステージは、前記プラズマ生成部の下方に設けられるものであることが好ましい。
また、本発明においては、前記原料ガスを前記ガス放射部に供給する原料ガス供給部を有し、前記プラズマ生成部は、前記原料ガスが供給された状態で、前記アンテナアレイを用いてプラズマを生成するものであることが好ましい。
さらに、本発明においては、前記原料ガスは、例えば、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスの混合ガスである。In this invention, it is preferable that the said process target board | substrate has a substrate stage arrange | positioned on the surface, and the said substrate stage is provided under the said plasma production | generation part.
Further, in the present invention, a source gas supply unit that supplies the source gas to the gas radiating unit is provided, and the plasma generation unit generates plasma using the antenna array in a state where the source gas is supplied. It is preferable to produce it.
Further, in the present invention, the source gas is, for example, a mixed gas of oxygen gas and TEOS gas.

本発明のプラズマ処理装置によれば、プラズマ生成部を覆うように設けられたガス放射部について、下方に配置されたプラズマ生成部のアンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に、プラズマ生成部に対して開口したガス放出口を複数形成し、プラズマ生成部のアンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域にガス放出口を形成しない構成としている。原料ガス供給部から原料ガスをガス放射部のガス放射板に供給して、アンテナアレイを用いてプラズマを生成した場合、アンテナ素子の表面の周囲近傍では電界分布が極度に高い状態になる。しかしながら、アンテナ素子と整合する第２の領域にはガス放出口が形成されておらず、アンテナ素子の表面の周囲近傍にはガス放射口がないため、アンテナ素子の表面の周囲近傍に原料ガスが供給されない。このため、原料ガスの過剰な分解が生じず、反応生成物が過剰に生成されない。これにより、反応生成物がアンテナ素子の表面に付着または堆積することが抑制されて、パーティクルの発生が抑制される。
さらには、本発明のプラズマ処理装置によれば、アンテナ素子の表面の周囲近傍において、原料ガスの過剰な分解が生じず、反応生成物が生成されないため、成膜に寄与する原料ガスが増え、原料ガスの利用効率が高くなり、成膜速度が向上する。これらのことから、本発明においては、成膜面積が大きい場合であっても、成膜速度を向上させるとともに、パーティクルの発生を抑制することができる。
また、本発明のプラズマ処理装置によれば、アンテナ素子の表面の周囲近傍において、原料ガスの過剰な分解が生じないため、原料ガスの分解の程度が均一になり、十分な膜厚均一性を得ることができる。According to the plasma processing apparatus of the present invention, the gas radiating unit provided so as to cover the plasma generating unit has the plasma in the first region aligned with the region between the antenna elements of the plasma generating unit disposed below. A plurality of gas discharge ports opened to the generation unit are formed, and the gas discharge ports are not formed in the second region aligned with the region where the antenna element of the plasma generation unit is located. When the source gas is supplied from the source gas supply unit to the gas emission plate of the gas emission unit and plasma is generated using the antenna array, the electric field distribution becomes extremely high in the vicinity of the periphery of the surface of the antenna element. However, since the gas discharge port is not formed in the second region aligned with the antenna element, and there is no gas emission port near the periphery of the surface of the antenna element, the source gas is not generated near the periphery of the surface of the antenna element. Not supplied. For this reason, excessive decomposition | disassembly of source gas does not arise and a reaction product is not produced | generated excessively. Thereby, it is suppressed that a reaction product adheres or accumulates on the surface of the antenna element, and generation of particles is suppressed.
Furthermore, according to the plasma processing apparatus of the present invention, the source gas does not decompose excessively in the vicinity of the periphery of the surface of the antenna element, and a reaction product is not generated. The utilization efficiency of the source gas is increased, and the film formation rate is improved. For these reasons, in the present invention, even when the film formation area is large, the film formation rate can be improved and the generation of particles can be suppressed.
Further, according to the plasma processing apparatus of the present invention, since the source gas is not excessively decomposed in the vicinity of the periphery of the surface of the antenna element, the degree of decomposition of the source gas becomes uniform, and sufficient film thickness uniformity is obtained. Obtainable.

本発明のプラズマ処理装置の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the plasma CVD apparatus which concerns on embodiment of the plasma processing apparatus of this invention. 本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のアンテナアレイを示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the antenna array of the plasma CVD apparatus of this embodiment. 本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のガス放射部とアンテナアレイのアンテナ素子との配置状態を示す模式的平面図である。It is a typical top view which shows the arrangement | positioning state of the gas radiation | emission part of the plasma CVD apparatus of this embodiment, and the antenna element of an antenna array. 本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のガス放射部とアンテナアレイのアンテナ素子との配置状態を示す図である。It is a figure which shows the arrangement | positioning state of the gas radiation | emission part of the plasma CVD apparatus of this embodiment, and the antenna element of an antenna array. 従来のプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional plasma CVD apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１０、１００ プラズマＣＶＤ装置（ＣＶＤ装置）
１２ 制御部
１４ 分配器
１６ インピーダンス整合器
１８ 反応容器
２２ 導入口
２３ 原料ガス供給管
２４ 排気口
２６ 原料ガス供給部
２７ 真空排気部
３０ アンテナアレイ
３２ アンテナ素子
３３ 間隙
３４ 基板ステージ
３６ 基板
３８ ガス分散室
３９ 反応室
４０ ガス放射部
４２ ガス放射板
４４ ガス放射口
Ｇ 原料ガス10, 100 Plasma CVD equipment (CVD equipment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Control part 14 Distributor 16 Impedance matching device 18 Reaction container 22 Inlet 23 Raw material gas supply pipe 24 Exhaust port 26 Raw material gas supply part 27 Vacuum exhaust part 30 Antenna array 32 Antenna element 33 Gap 34 Substrate stage 36 Substrate 38 Gas dispersion chamber 39 Reaction chamber 40 Gas radiation part 42 Gas radiation plate 44 Gas radiation port G Source gas

以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明のプラズマ処理装置を詳細に説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態に係るプラズマＣＶＤ装置の構成を示す図である。Hereinafter, a plasma processing apparatus of the present invention will be described in detail based on preferred embodiments shown in the accompanying drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a plasma CVD apparatus according to an embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.

本実施形態の図１に示すプラズマＣＶＤ装置１０（以下、ＣＶＤ装置１０という）は、例えば、原料ガスＧとして２種類のガスを混合した混合ガスを用いて成膜するものである。
本実施形態においては、２種類のガスについて、第１原料ガス（活性種ガス）として、酸素ガスを用い、第２原料ガスとして、ＴＥＯＳガスを用いて、ガラス基板またはシリコンウエハ等の基板（処理対象基板）３６の表面３６ａに対してＳｉＯ２膜を形成することを例にして説明する。なお、本発明のプラズマ処理装置においては、原料ガスＧとして用いるガスの数は、２種類に限定されるものではなく、更には基板３６に形成する膜はＳｉＯ２膜に限定されるものではない。A plasma CVD apparatus 10 (hereinafter referred to as a CVD apparatus 10) shown in FIG. 1 of this embodiment forms a film using, for example, a mixed gas in which two kinds of gases are mixed as the source gas G.
In this embodiment, for two types of gases, oxygen gas is used as the first source gas (active species gas), TEOS gas is used as the second source gas, and a substrate such as a glass substrate or a silicon wafer (processing) A description will be given of an example in which a SiO 2 film is formed on the surface 36 a of the target substrate 36. In the plasma processing apparatus of the present invention, the number of gases used as the source gas G is not limited to two, and the film formed on the substrate 36 is not limited to the SiO 2 film. .

図１に示すＣＶＤ装置１０は、制御部１２、分配器１４、インピーダンス整合器１６、および直方体状の反応容器１８を有するものである。この制御部１２は、後述するようにＣＶＤ装置１０の各機器を制御するものである。また、反応容器１８は、金属製または合金製のものであり、接地されている。   A CVD apparatus 10 shown in FIG. 1 includes a control unit 12, a distributor 14, an impedance matching unit 16, and a rectangular parallelepiped reaction vessel 18. The control unit 12 controls each device of the CVD apparatus 10 as will be described later. The reaction vessel 18 is made of metal or alloy and is grounded.

反応容器１８の上壁１８ａには、原料ガスＧを導入する導入口２２が形成されている。この導入口２２に原料ガス供給管２３が接続されている。さらに、原料ガス供給管２３には、原料ガス供給部２６が接続されている。
この原料ガス供給部２６は、反応容器１８内に、基板３６の表面３６ａに形成する膜を得るために必要な原料ガスＧを供給するためのものである。例えば、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を形成する場合には、原料ガスＧとしては、酸素ガス（第１原料ガス）およびＴＥＯＳガス（第２原料ガス）の混合ガスを供給するものである。
原料ガス供給部２６は、形成する膜に応じたガスの種類および数に応じた分のガスボンベ（図示せず）を備え、このガスボンベからのガスの流量を調整する流量調整部（図示せず）を備えるものである。本実施形態においては、ガスボンベに酸素ガス（第１原料ガス）が充填されている。
また、原料ガス供給部２６は、ＴＥＯＳガスを供給するために、液体が充填されるタンク（図示せず）、液体を気化する気化部（図示せず）、および気化部により気化された気体の流量を調節する流量調整部（図示せず）を備える。本実施形態においては、タンクに液体のＴＥＯＳが充填されており、気化部により気化してＴＥＯＳガス（第２原料ガス）が得られ、流量調整部によりＴＥＯＳガスの流量が調整される。
本実施形態においては、原料ガス供給部２６から後述する反応室３９に、酸素ガス（第１原料ガス）およびＴＥＯＳガス（第２原料ガス）が混合されている原料ガスが供給される。An inlet 22 for introducing the raw material gas G is formed in the upper wall 18 a of the reaction vessel 18. A raw material gas supply pipe 23 is connected to the introduction port 22. Further, a source gas supply unit 26 is connected to the source gas supply pipe 23.
The source gas supply unit 26 is for supplying source gas G necessary for obtaining a film to be formed on the surface 36 a of the substrate 36 into the reaction vessel 18. For example, when an SiO 2 film is formed on the surface 36a of the substrate 36, the source gas G is supplied with a mixed gas of oxygen gas (first source gas) and TEOS gas (second source gas). .
The source gas supply unit 26 includes gas cylinders (not shown) corresponding to the types and number of gases corresponding to the film to be formed, and a flow rate adjusting unit (not shown) that adjusts the flow rate of the gas from the gas cylinders. Is provided. In this embodiment, the gas cylinder is filled with oxygen gas (first source gas).
The raw material gas supply unit 26 supplies a TEOS gas with a tank (not shown) filled with a liquid, a vaporization unit (not shown) for vaporizing the liquid, and a gas vaporized by the vaporization unit. A flow rate adjusting unit (not shown) for adjusting the flow rate is provided. In the present embodiment, the tank is filled with liquid TEOS, and is vaporized by the vaporization unit to obtain TEOS gas (second raw material gas). The flow rate adjustment unit adjusts the flow rate of the TEOS gas.
In the present embodiment, a source gas in which oxygen gas (first source gas) and TEOS gas (second source gas) are mixed is supplied from a source gas supply unit 26 to a reaction chamber 39 described later.

また、反応容器１８の下壁１８ｂには、排気口２４が形成されている。この排気口２４に排気管２５が接続されている。さらに、排気管２５には、真空排気部２７が接続されている。この真空排気部２７は、ドライポンプおよびターボ分子ポンプなどの真空ポンプを有するものである。また、反応容器１８には内部の圧力を測定する圧力センサ（図示せず）が設けられている。   An exhaust port 24 is formed in the lower wall 18 b of the reaction vessel 18. An exhaust pipe 25 is connected to the exhaust port 24. Further, a vacuum exhaust unit 27 is connected to the exhaust pipe 25. The vacuum exhaust unit 27 has a vacuum pump such as a dry pump and a turbo molecular pump. The reaction vessel 18 is provided with a pressure sensor (not shown) for measuring the internal pressure.

また、反応容器１８の内部には、下壁１８ｂ側から順に、表面３４ａに載置される基板ステージ３４、基板３６が設けられ、この基板ステージ３４の上方に複数のアンテナ素子３２からなるアンテナアレイ（プラズマ生成部）３０が設けられ、さらには、アンテナアレイ３０の上方に、アンテナアレイ３０を覆うようにしてガス放射部４０（ガス放射板４２）が設けられている。   In addition, a substrate stage 34 and a substrate 36 placed on the surface 34 a are provided in the reaction container 18 in order from the lower wall 18 b side, and an antenna array including a plurality of antenna elements 32 is provided above the substrate stage 34. A (plasma generating unit) 30 is provided, and further, a gas radiating unit 40 (gas radiating plate 42) is provided above the antenna array 30 so as to cover the antenna array 30.

ここで、図２は、本実施形態のプラズマＣＶＤ装置のアンテナアレイを示す模式的平面図である。
図２に示すように、アンテナアレイ３０は、複数のアンテナ素子３２が、基板ステージ３４の表面３４ａと略平行な平面（図示せず）に対して互いに平行に、複数所定の間隙（間）３３を設けて配列されて構成されるものである。このアンテナアレイ３０は、ガス放射部４０下側（下壁１８ｂ側）に設けられている。また、アンテナ素子３２は、各側壁１８ｃ、１８ｄに対しても所定の間隙３３が設けられている。本発明においては、アンテナ素子３２と各側壁１８ｃ、１８ｄとの間隙３３も、各アンテナ素子３２の間隙３３と同様に扱う。Here, FIG. 2 is a schematic plan view showing an antenna array of the plasma CVD apparatus of the present embodiment.
As shown in FIG. 2, the antenna array 30 includes a plurality of predetermined gaps (intervals) 33 in which a plurality of antenna elements 32 are parallel to each other (not shown) substantially parallel to the surface 34 a of the substrate stage 34. Are arranged and arranged. The antenna array 30 is provided on the lower side (the lower wall 18b side) of the gas radiation unit 40. The antenna element 32 is also provided with a predetermined gap 33 with respect to the side walls 18c and 18d. In the present invention, the gap 33 between the antenna element 32 and the side walls 18c and 18d is handled in the same manner as the gap 33 between the antenna elements 32.

また、アンテナアレイ３０においては、各アンテナ素子３２が、反応容器１８の対向する２つの側壁１８ｃおよび側壁１８ｄに亘り配置されている。このアンテナアレイ３０（各アンテナ素子３２）が、ガス放射部４０（図１参照）のガス放射板４２（図１参照）及び基板ステージ３４の表面３４ａ（図１参照）に対して平行に設けられている。   Further, in the antenna array 30, each antenna element 32 is disposed across two opposing side walls 18 c and 18 d of the reaction vessel 18. The antenna array 30 (each antenna element 32) is provided in parallel to the gas radiation plate 42 (see FIG. 1) of the gas radiation section 40 (see FIG. 1) and the surface 34a (see FIG. 1) of the substrate stage 34. ing.

アンテナ素子３２はモノポールアンテナであり、反応容器１８の側壁１８ｅ、１８ｆに形成した開口部（図示せず）に電気的に絶縁して取り付けられている。
アンテナアレイ３０においては、図２に示すように隣接するアンテナ素子３２と互いに逆方向に反応容器１８内の側壁１８ｅ、１８ｆから突出しており、給電方向が逆向きとなっている。これらのアンテナ素子３２は、高周波電流供給端の側がインピーダンス整合器１６に接続されている。このインピーダンス整合器１６はマッチングボックスである。The antenna element 32 is a monopole antenna, and is electrically insulated and attached to openings (not shown) formed in the side walls 18e and 18f of the reaction vessel 18.
As shown in FIG. 2, the antenna array 30 protrudes from the side walls 18e and 18f in the reaction vessel 18 in the opposite directions to the adjacent antenna elements 32, and the feeding direction is opposite. These antenna elements 32 are connected to the impedance matching unit 16 on the high-frequency current supply end side. The impedance matching unit 16 is a matching box.

インピーダンス整合器１６は、制御部１２の高周波電源が発生する高周波信号の周波数の調整とともに用いて、プラズマの生成中にアンテナ素子３２の負荷の変化によって生じるインピーダンスの不整合を是正するために用いられるものである。   The impedance matching unit 16 is used together with adjustment of the frequency of the high-frequency signal generated by the high-frequency power source of the control unit 12 to correct an impedance mismatch caused by a change in the load of the antenna element 32 during plasma generation. Is.

各アンテナ素子３２は、電気伝導率の高い導体からなる棒状（パイプであってもよい）を成し、使用する高周波の波長の（２ｎ＋１）／４倍（ｎは０または正の整数である）の長さをモノポールアンテナであるアンテナ素子の放射長さとする。
各アンテナ素子３２は、石英等の誘電体からなる円筒部材３７に収納されており、各アンテナ素子３２の表面は石英等の誘電体で覆われている。このように、棒状の導体を誘電体で覆うことにより、アンテナ素子３２としての容量とインダクタンスが調整される。これにより、アンテナ素子３２の長手方向に沿って高周波電流を効率よく伝播させることができ、電磁波を効率よく放射させることができる。なお、以下、アンテナ素子３２の表面とは、棒状の導体の表面ではなく、円筒部材３７の表面３７ａのことをいう。Each antenna element 32 has a rod shape (may be a pipe) made of a conductor having high electrical conductivity, and is (2n + 1) / 4 times the wavelength of the high frequency used (n is 0 or a positive integer). Is the radiation length of the antenna element which is a monopole antenna.
Each antenna element 32 is housed in a cylindrical member 37 made of a dielectric such as quartz, and the surface of each antenna element 32 is covered with a dielectric such as quartz. Thus, the capacity | capacitance and inductance as the antenna element 32 are adjusted by covering a rod-shaped conductor with a dielectric material. Thereby, a high frequency current can be efficiently propagated along the longitudinal direction of the antenna element 32, and an electromagnetic wave can be efficiently radiated. Hereinafter, the surface of the antenna element 32 refers to the surface 37a of the cylindrical member 37, not the surface of the rod-shaped conductor.

本実施形態においては、インピーダンス整合器１６を設け、さらに後述するように、ガス放射部４０（ガス放射板４２）に形成された金属膜が接地されていることにより、鏡像関係に形成される電磁波と作用して、アンテナ素子３２毎に所定の電磁波を形成する。さらに、アンテナアレイ３０を構成するアンテナ素子３２は、隣接するアンテナ素子３２と給電方向が逆向きとなっているので、後述する反応室３９において電磁波は均一に形成される。   In the present embodiment, the impedance matching device 16 is provided, and as will be described later, the electromagnetic wave formed in a mirror image relationship by grounding the metal film formed on the gas radiating portion 40 (gas radiating plate 42). To form a predetermined electromagnetic wave for each antenna element 32. Furthermore, since the antenna elements 32 constituting the antenna array 30 have the feeding direction opposite to that of the adjacent antenna elements 32, electromagnetic waves are uniformly formed in the reaction chamber 39 described later.

ここで、図１に示すように、基板ステージ３４は、上述のように、表面３４ａに基板３６が載置されるものである。この基板ステージ３４においては、基板ステージ３４の中心と基板３６の中心とを一致させて基板３６が載置される。
また、基板ステージ３４の内部には基板３６を加熱する発熱体（図示せず）が設けられており、さらに接地された電極板（図示せず）が設けられている。この発熱体は、制御部１２に接続されており、発熱体による加熱は、制御部１２に制御される。
なお、電極板がバイアス電源（図示せず）に接続され、このバイアス電源により電極板に所定のバイアス電圧が印加される構成でもよい。Here, as shown in FIG. 1, in the substrate stage 34, the substrate 36 is placed on the surface 34a as described above. In the substrate stage 34, the substrate 36 is placed with the center of the substrate stage 34 and the center of the substrate 36 aligned with each other.
In addition, a heating element (not shown) for heating the substrate 36 is provided inside the substrate stage 34, and a grounded electrode plate (not shown) is further provided. The heating element is connected to the control unit 12, and heating by the heating element is controlled by the control unit 12.
The electrode plate may be connected to a bias power source (not shown), and a predetermined bias voltage may be applied to the electrode plate by the bias power source.

また、図１に示すガス放射部４０は、ガス放射板４２が反応容器１８の内部の全域に亘る大きさを有するものであり、アンテナアレイ３０を覆うように設けられている。本実施形態においては、ガス放射部４０により、反応容器１８内が２つの空間に仕切られており、ガス放射部４０の上壁１８ａ側の空間がガス分散室３８であり、ガス放射部４０の下壁１８ｂ側の空間が反応室３９である。
ガス放射部４０は、ガス分散室３８に供給された成膜に利用されるガスを広い面積に渡って反応室３９内に拡散させるものである。本実施形態においては、ガス放射部４０は、原料ガス供給部２６から導入された原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）を広い面積に渡って、反応室３９内に拡散させる。Further, the gas radiating section 40 shown in FIG. 1 is such that the gas radiating plate 42 has a size over the entire area inside the reaction vessel 18 and is provided so as to cover the antenna array 30. In the present embodiment, the inside of the reaction vessel 18 is partitioned into two spaces by the gas radiating unit 40, and the space on the upper wall 18 a side of the gas radiating unit 40 is the gas dispersion chamber 38. A space on the lower wall 18 b side is a reaction chamber 39.
The gas radiation unit 40 diffuses the gas used for film formation supplied to the gas dispersion chamber 38 into the reaction chamber 39 over a wide area. In the present embodiment, the gas radiating unit 40 diffuses the source gas G (oxygen gas and TEOS gas) introduced from the source gas supply unit 26 into the reaction chamber 39 over a wide area.

また、ガス放射部４０は、例えば、ＳｉＣからなるガス放射板４２に、直径が０．３ｍｍ〜２ｍｍ程度の貫通穴が複数形成されたものである。これらの貫通穴がガス放出口４４となる。また、ガス放射部４０においては、ガス放射板４２の表面に金属膜が形成されており、接地されている。
図３に示すように、ガス放射部４０においては、基板ステージ３４の表面３４ａに垂直な方向、すなわち、基板ステージ３４の表面３４ａに配置される基板３６の表面に対して垂直な方向からアレイアンテナ３０およびガス放射板４２を見た場合、下方に設けられたアンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の位置と整合するガス放射板４２における領域（第２の領域）４６には、ガス放射口４４が形成されていない。
また、ガス放射部４０においては、基板ステージ３４の表面３４ａに垂直な方向からアレイアンテナ３０およびガス放射板４２を見た場合、アンテナ素子３２の位置する領域と整合しない領域（第１の領域）、すなわち、アンテナ素子３２とアンテナ素子３２との間隙３３の領域と整合する形成領域（第１の領域）４８に、放射口４４が形成されている。Moreover, the gas radiation | emission part 40 is the gas radiation | emission plate 42 which consists of SiC, for example. The through-hole whose diameter is about 0.3 mm-2 mm is formed in multiple numbers. These through holes become the gas discharge ports 44. Further, in the gas radiation portion 40, a metal film is formed on the surface of the gas radiation plate 42 and is grounded.
As shown in FIG. 3, in the gas radiation section 40, the array antenna is viewed from a direction perpendicular to the surface 34a of the substrate stage 34, that is, from a direction perpendicular to the surface of the substrate 36 disposed on the surface 34a of the substrate stage 34. 30 and the gas radiation plate 42, a gas radiation port 44 is formed in a region (second region) 46 in the gas radiation plate 42 that matches the position of the antenna element 32 of the antenna array 30 provided below. It has not been.
In the gas radiating unit 40, when the array antenna 30 and the gas radiating plate 42 are viewed from a direction perpendicular to the surface 34a of the substrate stage 34, a region that does not match the region where the antenna element 32 is located (first region). That is, the radiation port 44 is formed in the formation region (first region) 48 that matches the region of the gap 33 between the antenna element 32 and the antenna element 32.

本実施形態のガス放射部４０においては、アンテナ素子３２とアンテナ素子３２との間隙３３と整合する形成領域４８に放射口４４を形成し、アンテナ素子３２と整合する領域４６に、ガス放射口４４を形成しないことにより、図４に示すように、ガス放射口４４を介して原料ガスＧが供給されても、アンテナ素子３２とガス放射板４２との間の空間αなどのアンテナ素子３２の表面３７ａ周囲に原料ガスＧが供給されにくくなる。このため、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍では、電界分布が極度に高くなるものの、アンテナ素子３２の周囲近傍においては、プラズマにより原料ガスＧが過剰に分解されることがない。これにより、原料ガスＧからＳｉＯ２などの反応生成物が生成されても、その量が少なくアンテナ素子３２の表面３７ａに付着または堆積することが抑制される。In the gas radiating unit 40 of the present embodiment, the radiation port 44 is formed in the formation region 48 that matches the gap 33 between the antenna element 32 and the antenna element 32, and the gas radiation port 44 is formed in the region 46 that matches the antenna element 32. 4, the surface of the antenna element 32 such as the space α between the antenna element 32 and the gas radiation plate 42 even when the source gas G is supplied through the gas radiation port 44 as shown in FIG. The source gas G is hardly supplied around 37a. For this reason, although the electric field distribution is extremely high in the vicinity of the periphery of the surface 37a of the antenna element 32, the source gas G is not excessively decomposed by the plasma in the vicinity of the periphery of the antenna element 32. Thereby, even if a reaction product such as SiO 2 is generated from the source gas G, the amount thereof is small, and the adhesion or deposition on the surface 37a of the antenna element 32 is suppressed.

また、本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍で、原料ガスＧの過剰な分解が生じることがないため、基板３６の表面３６ａに形成されるＳｉＯ２膜の成膜に適した原料ガスＧの分解ガスの割合が多くなり、すなわち、基板３６の表面３６ａに形成されるＳｉＯ２膜の成膜に利用される原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）の利用効率が高くなり、成膜速度も向上する。
さらには、本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍で、原料ガスＧが過剰に分解されることがないため、原料ガスＧの分解の程度が均一になり、十分な膜厚均一性を得ることができる。Further, in the present embodiment, since the source gas G is not excessively decomposed in the vicinity of the periphery of the surface 37a of the antenna element 32, it is suitable for forming a SiO 2 film formed on the surface 36a of the substrate 36. The ratio of the decomposition gas of the raw material gas G increases, that is, the utilization efficiency of the raw material gas G (oxygen gas and TEOS gas) used for forming the SiO 2 film formed on the surface 36a of the substrate 36 increases. The film forming speed is also improved.
Furthermore, in the present embodiment, since the source gas G is not excessively decomposed in the vicinity of the periphery of the surface 37a of the antenna element 32, the degree of decomposition of the source gas G becomes uniform and a sufficient film thickness is obtained. Uniformity can be obtained.

また、図４に示すように、アンテナ素子３２の表面３７ａと、放射口４４のアンテナ素子３２の表面３７ａに最も近い縁との距離βは、アンテナ素子３２の表面３７ａの外径Ｄの２５％以上であることが好ましい。すなわち、ガス放射部４０のガス放射口４４が形成されてない領域４６のアンテナ素子３２の配列方向における幅Ｌは、外径Ｄの１５０％以上であることが好ましい。   As shown in FIG. 4, the distance β between the surface 37a of the antenna element 32 and the edge closest to the surface 37a of the antenna element 32 of the radiation port 44 is 25% of the outer diameter D of the surface 37a of the antenna element 32. The above is preferable. That is, the width L in the arrangement direction of the antenna elements 32 in the region 46 where the gas radiation port 44 of the gas radiation part 40 is not formed is preferably 150% or more of the outer diameter D.

また、本実施形態のガス放射部４０においては、ガス放射口４４が形成されている形成領域４８におけるガス放射口４４の配置パターンは特に限定されるものではない。例えば、アンテナ素子３２に近いガス放射口４４の開口を小さくし、アンテナ素子３２の近くに供給される原料ガスＧの量を減らすようにしてもよい。また、ガス放射口４４の開口形状も特に限定されるものではなく、円形でも四角形でもよい。   Moreover, in the gas radiation part 40 of this embodiment, the arrangement pattern of the gas radiation port 44 in the formation area 48 in which the gas radiation port 44 is formed is not particularly limited. For example, the opening of the gas radiation port 44 close to the antenna element 32 may be reduced to reduce the amount of source gas G supplied near the antenna element 32. Further, the opening shape of the gas radiation port 44 is not particularly limited, and may be circular or quadrangular.

制御部１２は、高周波発振回路、増幅器からなる高周波電源（図示せず）および電流・電圧センサ（図示せず）を有し、電流・電圧センサの検知信号に応じて、この高周波電源の発振周波数の変更及びインピーダンス整合器１６の調整を行うものである。この制御部１２は、アンテナ素子３２に共通の高周波信号の周波数を制御して、すべてのアンテナ素子３２をインピーダンスが整合した状態に近づけ、この後、各アンテナ素子３２に接続されたインピーダンス整合器１６によって、各アンテナ素子３２のインピーダンスを個別に調整する。制御部１２と、複数のインピーダンス整合器１６とは、分配器１４を介して接続されている。また、制御部１２は、アンテナ素子３２に高周波信号の給電も制御するものである。   The control unit 12 has a high-frequency oscillation circuit, a high-frequency power source (not shown) composed of an amplifier, and a current / voltage sensor (not shown), and the oscillation frequency of the high-frequency power source according to the detection signal of the current / voltage sensor. And the adjustment of the impedance matching unit 16 are performed. The control unit 12 controls the frequency of the high-frequency signal common to the antenna elements 32 to bring all the antenna elements 32 close to the impedance-matched state, and thereafter, the impedance matching unit 16 connected to each antenna element 32. Thus, the impedance of each antenna element 32 is individually adjusted. The control unit 12 and the plurality of impedance matching units 16 are connected via a distributor 14. The control unit 12 also controls the feeding of a high frequency signal to the antenna element 32.

なお、制御部１２によって、原料ガス供給部２６および真空排気部２７も制御される。この制御部１２により、原料ガス供給部２６における原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）の供給タイミング、および流量（供給量）などが制御される。
さらには、制御部１２により、真空排気部２７が制御されて、反応容器１８内の原料ガス等を排気することができ、さらには反応容器１８内の圧力を所望の圧力に調整することができる。The control unit 12 also controls the source gas supply unit 26 and the vacuum exhaust unit 27. The control unit 12 controls the supply timing and flow rate (supply amount) of the source gas G (oxygen gas and TEOS gas) in the source gas supply unit 26.
Further, the control unit 12 controls the vacuum evacuation unit 27 to evacuate the raw material gas and the like in the reaction vessel 18, and further, the pressure in the reaction vessel 18 can be adjusted to a desired pressure. .

本実施形態においては、例えば、ＳｉＯ２膜の成膜時、原料ガス供給部２６から導入された原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）が、反応容器１８内を上壁１８ａ側から下壁１８ｂ側（以下、上壁１８ａ側から下壁１８ｂ側に向かう方向を「垂直方向」という）に流れ、排気口２４から排出される。In the present embodiment, for example, during the formation of the SiO 2 film, the source gas G (oxygen gas and TEOS gas) introduced from the source gas supply unit 26 passes through the reaction vessel 18 from the upper wall 18a side to the lower wall 18b. (Hereinafter, the direction from the upper wall 18 a side to the lower wall 18 b side is referred to as “vertical direction”) and is discharged from the exhaust port 24.

また、本実施形態においては、制御部１２により、反応容器１８内の圧力を真空排気部２７により１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の状態とし、原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）をガス放射板４２のガス放射口４４から供給する。さらに、アンテナ素子３２に高周波信号を給電することにより、アンテナ素子３２の周囲に電磁波を放射させる。これにより、反応容器１８内のアンテナ素子３２の近傍でプラズマ（図示せず）が生成されるとともに、酸素ガス（活性種ガス）が励起されて酸素ラジカル（反応活性種）が得られる。その際、発生したプラズマは導電性を有するので、アンテナ素子３２から放射された電磁波はプラズマで反射され易い。このため、電磁波はアンテナ素子３２の表面３７ａの周辺の局部領域に局在化する。このように、モノポールアンテナからなるアンテナ素子３２を複数有するアンテナアレイ３０では、プラズマがアンテナ素子３２の表面３７ａの近傍に局在化して形成され、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲では、電界分布が極度に高くなる。   Further, in the present embodiment, the control unit 12 causes the pressure in the reaction vessel 18 to be in a state of about 1 Pa to several hundreds Pa by the vacuum exhaust unit 27, and the source gas G (oxygen gas and TEOS gas) is supplied to the gas radiation plate 42. The gas is supplied from the gas emission port 44. Furthermore, an electromagnetic wave is radiated around the antenna element 32 by feeding a high-frequency signal to the antenna element 32. As a result, plasma (not shown) is generated in the vicinity of the antenna element 32 in the reaction vessel 18, and oxygen gas (active species gas) is excited to obtain oxygen radicals (reactive species). At that time, since the generated plasma has conductivity, the electromagnetic wave radiated from the antenna element 32 is easily reflected by the plasma. For this reason, the electromagnetic wave is localized in a local region around the surface 37 a of the antenna element 32. As described above, in the antenna array 30 having a plurality of antenna elements 32 each formed of a monopole antenna, plasma is localized and formed in the vicinity of the surface 37 a of the antenna element 32, and the electric field distribution around the surface 37 a of the antenna element 32. Becomes extremely high.

なお、このようなアンテナアレイを用いたプラズマ生成の原理についての詳細な説明が、本願出願人による先の出願である、特開２００３−８６５８１号公報に記載されている。また、アンテナアレイを用いたプラズマ生成装置における、各アンテナ毎の詳細なインピーダンス整合方法が、同じく本願出願人による先の出願である、特願２００５−０１４２５６号明細書に記載されている。本発明におけるアンテナアレイおよび各アンテナ毎の詳細なインピーダンス整合方法として、例えば、上記各明細書に記載の方法を利用すればよい。   A detailed description of the principle of plasma generation using such an antenna array is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-86581, which is an earlier application by the present applicant. A detailed impedance matching method for each antenna in a plasma generation apparatus using an antenna array is described in Japanese Patent Application No. 2005-014256, which is an earlier application filed by the present applicant. As the antenna array and the detailed impedance matching method for each antenna in the present invention, for example, the methods described in the above specifications may be used.

次に、本実施形態のＣＶＤ装置１０の成膜方法について、ＳｉＯ２膜を例にして説明する。
先ず、原料ガス供給部２６から原料ガス供給管２３を介して原料ガスＧ（酸素ガス（活性種ガス）およびＴＥＯＳガス）をガス分散室３８に一定流量で放出し、ガス分散室３８と連通する放射口４４から、原料ガスＧを反応室３９内に一定の流速で流入させる。
なお、反応容器１８（反応室３９）内に原料ガスＧを供給する場合、反応容器１８（反応室３９）は真空排気部２７により排気されており、制御部１２により、反応容器１８（反応室３９）内が、例えば、１Ｐａ〜数１００Ｐａ程度の圧力に保持されている。これにより、反応容器１８（反応室３９）の垂直方向に原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）が流れる。Next, a film forming method of the CVD apparatus 10 according to the present embodiment will be described using an SiO 2 film as an example.
First, the source gas G (oxygen gas (active species gas) and TEOS gas) is discharged from the source gas supply unit 26 through the source gas supply pipe 23 to the gas dispersion chamber 38 at a constant flow rate, and communicates with the gas dispersion chamber 38. The source gas G is caused to flow into the reaction chamber 39 from the radiation port 44 at a constant flow rate.
When supplying the source gas G into the reaction vessel 18 (reaction chamber 39), the reaction vessel 18 (reaction chamber 39) is evacuated by the vacuum evacuation unit 27, and the controller 12 (reaction chamber 18) 39) is held at a pressure of about 1 Pa to several hundred Pa, for example. Thereby, the source gas G (oxygen gas and TEOS gas) flows in the vertical direction of the reaction vessel 18 (reaction chamber 39).

次に、アンテナ素子３２に高周波信号を給電して、アンテナ素子３２の周囲に電磁波を放射させる。これにより、反応室３９内で、アンテナ素子３２の近傍に局在化したプラズマが生成され、ガス放出口４４から放射された原料ガスＧの酸素ガス（活性種ガス）が励起された酸素ラジカル（反応活性種）が得られる。酸素ラジカル（反応活性種）と活性化されたＴＥＯＳガスとの反応が、活性状態である酸素ラジカル（反応活性種）の活性エネルギによって進行し、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜が形成される。Next, a high frequency signal is fed to the antenna element 32 to radiate electromagnetic waves around the antenna element 32. As a result, plasma localized in the vicinity of the antenna element 32 is generated in the reaction chamber 39, and oxygen radicals (active species gas) of the source gas G emitted from the gas discharge ports 44 are excited ( Reactive species). The reaction between the oxygen radical (reactive active species) and the activated TEOS gas proceeds by the active energy of the active oxygen radical (reactive active species), and an SiO 2 film is formed on the surface 36a of the substrate 36. .

本実施形態の成膜方法においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲には、原料ガスＧが供給されないように、ガス供給部４０のガス放射口４４を配置しており、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲において、アンテナ素子３２の近傍に局在化したプラズマによる原料ガスＧの過剰な分解が抑制されて、ＳｉＯ２などの反応生成物の生成が抑制される。これにより、ＳｉＯ２などの反応生成物が、アンテナ素子３２の表面３７ａに付着または堆積することが抑制されるため、パーティクルの発生が抑制される。さらには、パーティクルの発生が抑制されるため、形成する膜（ＳｉＯ２膜）の膜質についても優れたものが得られる。In the film forming method of the present embodiment, the gas radiation port 44 of the gas supply unit 40 is disposed around the surface 37a of the antenna element 32 so that the source gas G is not supplied. In the periphery of 37a, excessive decomposition of the source gas G by the plasma localized in the vicinity of the antenna element 32 is suppressed, and generation of reaction products such as SiO 2 is suppressed. Accordingly, reaction products such as SiO 2 is, because it is prevented to adhere or deposit on the surface 37a of the antenna element 32, generation of particles is suppressed. Furthermore, since generation of particles is suppressed, an excellent film quality of the film to be formed (SiO 2 film) can be obtained.

また、本実施形態の成膜方法においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲に原料ガスＧを供給せず、過剰な原料ガスＧの分解が抑制されるため、成膜に適した分解ガスの割合が高くなり、ＳｉＯ２膜の成膜に利用される原料ガスＧ（酸素ガスおよびＴＥＯＳガス）の割合（利用効率）が増えるため、成膜速度も向上する。
さらには、本実施形態においては、アンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍における過剰な原料ガスＧの分解が抑制されるため、反応室３９内における原料ガスＧの分解の程度が均一になり、基板３６の表面３６ａに対して、膜（ＳｉＯ２膜）の成膜に適した分解ガスが均一に供給されるため、成膜される膜（ＳｉＯ２膜）の膜厚均一性も向上する。Further, in the film forming method of the present embodiment, the source gas G is not supplied around the surface 37a of the antenna element 32, and the decomposition of the excess source gas G is suppressed. Since the ratio increases and the ratio (utilization efficiency) of the source gas G (oxygen gas and TEOS gas) used for forming the SiO 2 film increases, the film forming speed is also improved.
Furthermore, in the present embodiment, since excessive decomposition of the source gas G in the vicinity of the periphery of the surface 37a of the antenna element 32 is suppressed, the degree of decomposition of the source gas G in the reaction chamber 39 becomes uniform, and the substrate Since the decomposition gas suitable for film formation (SiO 2 film) is uniformly supplied to the surface 36a of 36, the film thickness uniformity of the film (SiO 2 film) to be formed is also improved.

なお、本実施形態の成膜方法においては、基板３６が、例えば、１ｍ×１ｍ程度の大きなものである場合であっても、アンテナアレイ３０は、均一なプラズマを生成することができ、上述のようにパーティクルの発生が抑制され、さらには、成膜速度が速いことから、膜質および膜厚均一性が優れたＳｉＯ２膜を従来よりも早く形成することができる。In the film forming method of the present embodiment, the antenna array 30 can generate uniform plasma even when the substrate 36 is a large one of about 1 m × 1 m, for example. As described above, the generation of particles is suppressed, and the film formation rate is high, so that a SiO 2 film excellent in film quality and film thickness uniformity can be formed earlier than before.

また、本実施形態のＣＶＤ装置においては、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を成膜する装置を例に説明したが、本発明のプラズマ処理装置はこれに限定されるものではない。本発明のプラズマ処理装置は、半導体素子、液晶表示パネルもしくはプラズマディスプレイパネルなどのフラットディスプレイパネル、および太陽電池などにおける各種の膜の成膜に用いることができる。さらに、本発明のプラズマ処理装置は、エッチング装置として用いることもでき、さらにまた、基板ステージのクリーニング処理に用いることもできる。In the CVD apparatus of this embodiment, the apparatus for forming the SiO 2 film on the surface 36a of the substrate 36 has been described as an example. However, the plasma processing apparatus of the present invention is not limited to this. The plasma processing apparatus of the present invention can be used to form various films in semiconductor elements, flat display panels such as liquid crystal display panels or plasma display panels, and solar cells. Furthermore, the plasma processing apparatus of the present invention can be used as an etching apparatus, and can also be used for a substrate stage cleaning process.

さらに、本実施形態のＣＶＤ装置においては、プラズマ生成部として、モノポールアンテナが複数配置されたアンテナアレイ３０を用いることより、アンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍に局在化させてプラズマを生成するものである。この構成により、基板ステージ３４に載置された基板３６にプラズマが直接曝されない状態で、基板３６とアンテナアレイ３０との距離を比較的近づけて配置することを可能にしている。これにより、アンテナアレイ３０のアンテナ素子３２の表面３７ａの周囲近傍で励起された酸素ラジカル（反応活性種）の励起寿命に対して、アンテナアレイ３０と基板３６との距離を十分に近づけることを可能としている。すなわち、酸素ラジカル（反応活性種）が十分に励起した状態で基板３６の表面３６ａに到達することを可能としている。   Furthermore, in the CVD apparatus of this embodiment, the antenna array 30 in which a plurality of monopole antennas are arranged is used as the plasma generation unit, so that it is localized near the periphery of the surface 37a of the antenna element 32 of the antenna array 30. To generate plasma. With this configuration, the substrate 36 and the antenna array 30 can be arranged relatively close to each other in a state where the plasma is not directly exposed to the substrate 36 placed on the substrate stage 34. As a result, the distance between the antenna array 30 and the substrate 36 can be made sufficiently close to the excitation lifetime of oxygen radicals (reactive active species) excited in the vicinity of the surface 37a of the antenna element 32 of the antenna array 30. It is said. That is, the oxygen radical (reactive active species) can reach the surface 36a of the substrate 36 in a sufficiently excited state.

さらにまた、本実施形態のＣＶＤ装置においては、基板３６の表面３６ａにＳｉＯ２膜を成膜するために、原料ガスＧとして、酸素ガス（第１原料ガス）とＴＥＯＳガス（第２原料ガス）の２種類のガスを用いて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。原料ガスＧは、形成する膜の種類に応じて、用いられるガスの種類および数は、適宜選択されるものである。
また、本実施形態のＣＶＤ装置において、原料ガスＧに用いられる第１原料ガスとしては、反応活性種となるガスが用いられ、酸素ガス以外に、例えば、窒素ガス、水素ガスおよびアルゴンガスを用いることができる。また、原料ガスＧに用いられる第２原料ガスとしては、第１原料ガス以外の膜を形成するためのガスが用いられ、例えば、金属化合物を含むガスが用いられる。
例えば、本実施形態のＣＶＤ装置において、シリコン膜を形成する場合、原料ガスＧとしては、第１原料ガスに、例えば、水素ガスを用い、第２原料ガスに、例えば、シランガスを用いる。この場合でも本発明の効果を得ることができる。Furthermore, in the CVD apparatus of the present embodiment, oxygen gas (first source gas) and TEOS gas (second source gas) are used as the source gas G in order to form a SiO 2 film on the surface 36a of the substrate 36. However, the present invention is not limited to this. The type and number of gases used for the source gas G are appropriately selected according to the type of film to be formed.
In the CVD apparatus of this embodiment, as the first source gas used for the source gas G, a gas that becomes a reactive active species is used, and for example, nitrogen gas, hydrogen gas, and argon gas are used in addition to the oxygen gas. be able to. Further, as the second source gas used for the source gas G, a gas for forming a film other than the first source gas is used. For example, a gas containing a metal compound is used.
For example, when forming a silicon film in the CVD apparatus of this embodiment, as the source gas G, for example, hydrogen gas is used as the first source gas, and silane gas is used as the second source gas, for example. Even in this case, the effect of the present invention can be obtained.

以上、本発明のプラズマ処理装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良および変更をしてもよいのはもちろんである。   Although the plasma processing apparatus of the present invention has been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications and changes may be made without departing from the spirit of the present invention. is there.

上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列され、前記複数のアンテナ素子が処理対象基板の面の垂直上方に設けられたアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に離間して設けられ、接地された金属膜が表面に形成されたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、
前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention is a plasma processing apparatus for processing a target substrate disposed at a predetermined position using a raw material gas,
A plurality of antenna elements composed of rod-shaped conductors whose surfaces are covered with a dielectric are arranged with a predetermined gap therebetween, and the plurality of antenna elements are provided vertically above the surface of the substrate to be processed. A plasma generator for generating plasma;
A gas radiating unit provided to cover the plasma generating unit, provided apart from the antenna array, and provided with a gas radiating plate having a grounded metal film formed on the surface thereof,
When the antenna element and the radiation plate are viewed from a direction perpendicular to the surface of the processing target substrate disposed at a predetermined position,
In the radiation plate, a plurality of gas discharge ports opened to the plasma generation unit are formed in a first region aligned with the region between the antenna elements of the plasma generation unit, and the position of the antenna element The present invention provides a plasma processing apparatus in which the gas discharge port is not formed in a second region that is aligned with a region to be performed.

上記目的を達成するために、本発明は、原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、円筒状の誘電体と、この誘電体により周りが覆われた棒状の導体とを有し、モノポールアンテナとして機能するアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列され、前記複数のアンテナ素子が処理対象基板の面の垂直上方に設けられたアンテナアレイを用いて、前記アンテナ素子の共振によりプラズマを生成するプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に、前記複数のアンテナ素子に対して離間して設けられ、接地された金属膜が表面に形成されたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成され、かつ、前記アンテナ素子それぞれの表面と、このアンテナ素子それぞれの表面に最も近いガス放出口の縁とは、前記アンテナ素子の外径の２５％以上離れている、ことを特徴とするプラズマ処理装置を提供するものである。 To achieve the above object, the present invention is a plasma processing apparatus for performing a process on process target substrate placed at a predetermined position by using the raw material gas, a cylindrical dielectric covering is around the dielectric A plurality of antenna elements functioning as monopole antennas with a predetermined gap, and the plurality of antenna elements are provided vertically above the surface of the substrate to be processed. A plasma generation unit that generates plasma by resonance of the antenna element, and is provided so as to cover the plasma generation unit, and is provided above the antenna array and separated from the plurality of antenna elements , A gas radiating portion including a gas radiating plate having a grounded metal film formed on a surface thereof;
When the antenna element and the radiation plate are viewed from a direction perpendicular to the surface of the processing target substrate disposed at a predetermined position, the radiation plate is aligned with a region between the antenna elements of the plasma generation unit. A plurality of gas discharge ports that are open to the plasma generation unit are formed in the first region, and the gas discharge ports are formed in a second region that matches the region where the antenna element is located, and Provided is a plasma processing apparatus characterized in that the surface of each antenna element and the edge of the gas discharge port closest to the surface of each antenna element are separated by 25% or more of the outer diameter of the antenna element. Is.

Claims (4)

原料ガスを用いて所定位置に配置した処理対象基板に処理を施すプラズマ処理装置であって、
誘電体で表面が覆われた棒状の導体で構成したアンテナ素子が複数所定の間隙をあけて配列されてなるアンテナアレイを用いてプラズマを生成するプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部を覆うように設けられ、前記アンテナアレイの上方に設けられたガス放射板を備えるガス放射部と、を有し、
前記アンテナ素子及び前記放射板を、所定位置に配置した処理対象基板の表面に対して垂直な方向からみたとき、
前記放射板には、前記プラズマ生成部の前記アンテナ素子の間の領域と整合する第１の領域に前記プラズマ生成部に対して開口したガス放出口が複数形成されるとともに、前記アンテナ素子の位置する領域と整合する第２の領域には前記ガス放出口が形成されていないことを特徴とするプラズマ処理装置。A plasma processing apparatus that performs processing on a processing target substrate disposed at a predetermined position using a source gas,
A plasma generation unit that generates plasma using an antenna array in which a plurality of antenna elements each composed of a rod-shaped conductor whose surface is covered with a dielectric material are arranged with a predetermined gap;
A gas radiating portion provided to cover the plasma generating portion and provided with a gas radiating plate provided above the antenna array;
When the antenna element and the radiation plate are viewed from a direction perpendicular to the surface of the processing target substrate disposed at a predetermined position,
In the radiation plate, a plurality of gas discharge ports opened to the plasma generation unit are formed in a first region aligned with the region between the antenna elements of the plasma generation unit, and the position of the antenna element The plasma processing apparatus is characterized in that the gas discharge port is not formed in the second region aligned with the region to be operated. 前記処理対象基板が表面に配置される基板ステージを有し、前記基板ステージは、前記プラズマ生成部の下方に設けられるものである請求項１に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate to be processed includes a substrate stage disposed on a surface, and the substrate stage is provided below the plasma generation unit. 前記原料ガスを前記ガス放射部に供給する原料ガス供給部を有し、前記プラズマ生成部は、前記原料ガスが供給された状態で、前記アンテナアレイを用いてプラズマを生成するものである請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。   2. A source gas supply unit configured to supply the source gas to the gas radiation unit, wherein the plasma generation unit generates plasma using the antenna array in a state where the source gas is supplied. 3. The plasma processing apparatus according to 1 or 2. 前記原料ガスは、酸素ガスおよびＴＥＯＳガスの混合ガスである請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the source gas is a mixed gas of oxygen gas and TEOS gas.
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