JP2007103600A - Apparatus and method for processing plasma - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ処理装置、及びプラズマ処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method.
従来から、半導体素子の製造分野においては、チャンバー内でプラズマを発生させ、これによって成膜やエッチング等を行なうプラズマ処理が用いられている。プラズマ処理の一例としては、ドライエッチングやプラズマCVD(chemical vapor deposition)が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, in the field of manufacturing semiconductor devices, plasma processing is used in which plasma is generated in a chamber, thereby forming a film, etching, or the like. As an example of plasma processing, dry etching and plasma CVD (chemical vapor deposition) are known.
ドライエッチングは、チャンバー内に、エッチングガスを供給し、これをプラズマ化させ、更に、エッチャント(エッチング種)を基板面に形成された膜に付着させてエッチングを行なう方法である。プラズマCVDは、チャンバー内に原料ガスを供給し、これをプラズマ化して化学反応により膜を堆積させる方法である。 Dry etching is a method of performing etching by supplying an etching gas into a chamber, converting it into plasma, and further attaching an etchant (etching seed) to a film formed on the substrate surface. Plasma CVD is a method in which a source gas is supplied into a chamber, which is turned into plasma and a film is deposited by a chemical reaction.
ところで、従来からの一般的なプラズマ処理においては、プラズマの発生は低圧下で行なわれる。このため、真空容器や真空排気装置が必要となることから、プラズマ処理装置は高価なものとなっており、更に大きな設置スペースを必要とする。 By the way, in conventional general plasma processing, generation of plasma is performed under a low pressure. For this reason, since a vacuum vessel and an evacuation device are required, the plasma processing apparatus is expensive and requires a larger installation space.
このような問題を解消するため、常圧下でプラズマを発生させる常圧プラズマ処理が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。常圧プラズマ処理によれば、真空容器や真空排気装置が不要となるため、装置価格及び設置スペースの低減が可能となる。 In order to solve such a problem, a normal pressure plasma treatment for generating plasma under normal pressure has been proposed (for example, see Patent Document 1). The atmospheric pressure plasma treatment eliminates the need for a vacuum vessel or a vacuum exhaust device, and thus reduces the device price and installation space.
図3は、従来の常圧プラズマ処理装置の構成を示す断面図である。図3に示すプラズマ処理装置は、エッチング装置である。図3に示すように、プラズマ処理装置は、一対の対向電極42a及び42bと、各対向電極の対向面に配置された一対の板状の誘電体45a及び45bと、対向電極間にパルス電界を印加するパルス電源41とを備えている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional atmospheric pressure plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus shown in FIG. 3 is an etching apparatus. As shown in FIG. 3, the plasma processing apparatus includes a pair of
誘電体45a及び45bは、互いの対向面が処理対象物となる基板47の法線と平行になるように、チャンバー(図示せず)内に配置されている。誘電体45aと45bとの間には、上方からエッチングガス43が供給される。エッチングガス43としては、例えば、CF4ガス、CHF3ガスといったハロゲン系ガス、O2ガス、及びH2Oガスを含む混合ガスが挙げられる。
The
また、エッチングガス43の供給と共に、パルス電源41によってパルス電界を印加すると、誘電体45aと誘電体45bとの間にプラズマ44が発生する。この結果、プラズマ化されたガス46が基板47に吹き付けられ、基板47上でエッチングが進行する。
しかしながら、常圧プラズマ処理装置を用いる場合において、タクトタイムを短縮するためには、電極間に印加するパルス電界の電界強度を大きくする必要がある。このため、常圧プラズマ処理装置においては、電極42a及び42bと基板47との間でアーク放電48が発生し易く、これにより、基板47が損傷を受けるという問題がある。
However, in the case of using the atmospheric pressure plasma processing apparatus, it is necessary to increase the electric field strength of the pulse electric field applied between the electrodes in order to shorten the tact time. For this reason, in the atmospheric pressure plasma processing apparatus, there is a problem that the
本発明の目的は、上記問題を解消し、タクトタイムの短縮化を図りつつ、アーク放電の発生を抑制し得るプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of suppressing the occurrence of arc discharge while solving the above problems and shortening the tact time.
上記目的を達成するため、本発明におけるプラズマ処理装置は、常圧下でプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、複数のプラズマ発生部と、前記複数のプラズマ発生部それぞれにガスを供給するための複数のガス供給口とを備え、前記複数のプラズマ発生部は、それぞれ、対向電極と、前記対向電極の対向面それぞれに配置された誘電体と、前記対向電極間にパルス電界を印加して、供給された前記ガスをプラズマ化させるパルス電源とを備え、且つ、処理対象物から遠ざかる方向に沿って順に、前記複数のプラズマ発生部のうちの1つでプラズマ化された前記ガスが、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生部を通って前記処理対象物に吹き付けられるよう配置され、前記複数のプラズマ発生部それぞれのパルス電源が印加するパルス電界の電界強度は、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定されていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus that performs plasma processing under normal pressure, for supplying a plurality of plasma generation units and a gas to each of the plurality of plasma generation units. A plurality of gas supply ports, and each of the plurality of plasma generation units applies a pulse electric field between the counter electrode, a dielectric disposed on each of the counter surfaces of the counter electrode, and the counter electrode, A pulse power source that converts the supplied gas into plasma, and the gas that has been converted into plasma by one of the plurality of plasma generation units in order along a direction away from the object to be processed. Are arranged so as to be blown to the object to be processed through the plasma generating part located near the object to be processed, and each of the pulses of the plurality of plasma generating parts The electric field strength of the pulse electric field applied by the source is set to a value larger than the electric field strength of the pulse electric field applied by the pulse power source of the plasma generation unit located closer to the object to be processed. To do.
また、上記目的を達成するため、本発明におけるプラズマ処理方法は、対向電極と、前記対向電極の対向面それぞれに配置された誘電体と、前記対向電極間にパルス電界を印加して、前記誘電体間に供給されたガスをプラズマ化させるパルス電源とを有するプラズマ発生装置を複数個用い、更に、複数個の前記プラズマ発生装置を、前記処理対象物から遠ざかる方向に沿って順に、複数個の前記プラズマ発生装置のうちの1つでプラズマ化された前記ガスがそれよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生装置を通って前記処理対象物に吹き付けられるように配置して、常圧下でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、複数個の前記プラズマ発生装置それぞれに前記ガスを供給し、複数個の前記プラズマ発生装置それぞれのパルス電源が印加するパルス電界の電界強度を、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定し、供給された前記ガスをプラズマ化させる工程を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the plasma processing method according to the present invention applies a pulse electric field between the counter electrode, a dielectric disposed on each counter surface of the counter electrode, and the counter electrode, and A plurality of plasma generators having a pulse power source for converting the gas supplied between the bodies into plasma, and a plurality of the plasma generators are arranged in order along a direction away from the object to be processed. Arranged so that the gas plasmified by one of the plasma generators is blown to the object to be processed through the plasma generator located closer to the object to be processed, and under normal pressure A plasma processing method of performing plasma processing at a plurality of plasma generators, wherein the gas is supplied to each of a plurality of plasma generators, The electric field strength of the pulse electric field applied by the pulsed power source is set to a value larger than the electric field strength of the pulse electric field applied by the pulse power source of the plasma generator at a position closer to the object to be processed. It has the process of making gas into plasma.
以上の特徴により、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、例えば、結合エネルギーが小さく、小さい電界強度でプラズマ化できるガスについては、処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部(プラズマ発生装置)でプラズマ化できる。また、結合エネルギーが大きく、プラズマ化に大きな電界強度が必要となるガスについては、処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部でプラズマ化できる。更に、処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部でプラズマ化されたガスは、それよりも処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部を通って処理対象物に到達するため、処理対象物から遠い位置でプラズマ化されても、エッチャントの減少は抑制される。このため、本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法によれば、常圧下において、タクトタイムの短縮化を図りつつ、従来に比べてアーク放電の発生を抑制できる。 Due to the above characteristics, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, for example, for a gas that has a small binding energy and can be converted to plasma with a small electric field strength, Generator). In addition, a gas that has a large binding energy and requires a large electric field strength for plasmification can be plasmified by a plasma generation unit located far from the object to be processed. Furthermore, since the gas converted into plasma by the plasma generation unit located far from the processing target reaches the processing target through the plasma generation unit located closer to the processing target than the processing target, Even if plasma is formed at a distant position, the decrease in etchant is suppressed. For this reason, according to the plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention, it is possible to suppress the occurrence of arc discharge as compared with the prior art while reducing the tact time under normal pressure.
本発明におけるプラズマ処理装置は、常圧下でプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、複数のプラズマ発生部と、前記複数のプラズマ発生部それぞれにガスを供給するための複数のガス供給口とを備え、前記複数のプラズマ発生部は、それぞれ、対向電極と、前記対向電極の対向面それぞれに配置された誘電体と、前記対向電極間にパルス電界を印加して、供給された前記ガスをプラズマ化させるパルス電源とを備え、且つ、処理対象物から遠ざかる方向に沿って順に、前記複数のプラズマ発生部のうちの1つでプラズマ化された前記ガスが、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生部を通って前記処理対象物に吹き付けられるよう配置され、前記複数のプラズマ発生部それぞれのパルス電源が印加するパルス電界の電界強度は、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定されていることを特徴とする。 The plasma processing apparatus according to the present invention is a plasma processing apparatus that performs plasma processing under normal pressure, and includes a plurality of plasma generation units and a plurality of gas supply ports for supplying gas to each of the plurality of plasma generation units. Each of the plurality of plasma generators applies a pulse electric field between the counter electrode, a dielectric disposed on each of the counter surfaces of the counter electrode, and the counter electrode, and plasmas the supplied gas. And the gas converted into plasma by one of the plurality of plasma generation units in order along the direction away from the processing object, is closer to the processing object than that. A pulse electric field which is arranged so as to be sprayed to the object to be processed through the plasma generation unit at a position, and is applied by a pulse power source of each of the plurality of plasma generation units Field strength, characterized in that it is set to a value larger than the pulse electric field electric field intensity of the pulsed power is applied in the plasma generating portion is positioned closer to the processing object than that.
上記本発明におけるプラズマ処理装置においては、前記プラズマ発生部が二つ備えられた態様とすることができる。上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部の誘電体の上方側、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部の誘電体と前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部の誘電体との間、それぞれに前記ガス供給口が設けられているのが好ましい。この場合は、処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部のプラズマ化されたガスを、簡単に、処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部に送ることができる。 In the plasma processing apparatus according to the present invention, two plasma generation units may be provided. In the above aspect, the plasma is located on the upper side of the dielectric of the plasma generating unit located far from the processing object, and near the dielectric of the plasma generating unit located far from the processing target and the processing target. It is preferable that the gas supply port is provided between each of the dielectrics of the generation unit. In this case, the plasma-ized gas of the plasma generation unit located at a position far from the processing object can be easily sent to the plasma generation unit located near the processing object.
また、上記態様においては、前記二つのプラズマ発生部のうち前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部には、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスより結合エネルギーが大きいガスが供給されるようにしても良い。この場合、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスとしてはハロゲン系ガスが挙げられ、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスとしてはO2ガス及びH2Oガスのうち少なくとも一種を含むガス、好ましくはO2ガス及びH2Oガスの両方を含むガスが挙げられる。 In the above aspect, the plasma generating unit located far from the processing object among the two plasma generating units has a binding energy higher than the gas supplied to the plasma generating unit located near the processing target. A large gas may be supplied. In this case, the gas supplied to the plasma generator located far from the object to be processed includes a halogen-based gas, and the gas supplied to the plasma generator near the object to be processed is O 2. A gas containing at least one kind of gas and H 2 O gas, preferably a gas containing both O 2 gas and H 2 O gas.
更に、上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスと、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスとが、共に塩素ガスを含むガスであっても良い。この場合はメタルエッチングに有効となる。 Further, in the above aspect, the gas supplied to the plasma generation unit located far from the processing object and the gas supplied to the plasma generation unit located near the processing object both contain chlorine gas. It may be a gas containing. This is effective for metal etching.
また、上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源によるパルス電界の電界強度が、200kV/cm以上1000kV/cm未満の範囲で設定されており、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源によるパルス電界の電界強度が、1kV/cm以上200kV/cm未満の範囲で設定されているのが好ましい。更に、上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源によるパルス電界の周波数及び前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源によるパルス電界の周波数が、0.5kHz〜100kHzの範囲内で設定されているのが好ましい。 Further, in the above aspect, the electric field intensity of the pulse electric field by the pulse power source of the plasma generation unit located far from the processing object is set in a range of 200 kV / cm or more and less than 1000 kV / cm, and the processing object It is preferable that the electric field strength of the pulse electric field generated by the pulse power source of the plasma generation unit located at a position close to is set in a range of 1 kV / cm or more and less than 200 kV / cm. Further, in the above aspect, the frequency of the pulse electric field by the pulse power source of the plasma generation unit located at a position far from the processing object and the frequency of the pulse electric field by the pulse power source of the plasma generation unit located at a position near the processing object are: It is preferably set within the range of 0.5 kHz to 100 kHz.
本発明におけるプラズマ処理方法は、対向電極と、前記対向電極の対向面それぞれに配置された誘電体と、前記対向電極間にパルス電界を印加して、前記誘電体間に供給されたガスをプラズマ化させるパルス電源とを有するプラズマ発生装置を複数個用い、更に、複数個の前記プラズマ発生装置を、前記処理対象物から遠ざかる方向に沿って順に、複数個の前記プラズマ発生装置のうちの1つでプラズマ化された前記ガスがそれよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生装置を通って前記処理対象物に吹き付けられるように配置して、常圧下でプラズマ処理を行うプラズマ処理方法であって、複数個の前記プラズマ発生装置それぞれに前記ガスを供給し、複数個の前記プラズマ発生装置それぞれのパルス電源が印加するパルス電界の電界強度を、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定し、供給された前記ガスをプラズマ化させる工程を有することを特徴とする。 In the plasma processing method of the present invention, a counter electrode, a dielectric disposed on each counter surface of the counter electrode, a pulse electric field is applied between the counter electrodes, and a gas supplied between the dielectrics is converted into plasma. A plurality of plasma generators having a pulse power source to be activated; and further, the plurality of plasma generators are sequentially arranged in a direction away from the object to be processed, and one of the plurality of plasma generators. In the plasma processing method, the gas converted into plasma is disposed so that the gas is blown onto the processing object through a plasma generation apparatus located closer to the processing object than that, and plasma processing is performed under normal pressure. A pulse electric field that supplies the gas to each of the plurality of plasma generators and is applied by a pulse power source of each of the plurality of plasma generators A step of setting the electric field strength to a value larger than the electric field strength of the pulse electric field applied by the pulse power source of the plasma generating apparatus located at a position closer to the object to be processed, and converting the supplied gas into plasma. It is characterized by that.
上記本発明におけるプラズマ処理方法においては、二つの前記プラズマ発生装置が用いられる態様とすることができる。上記態様においては、前記二つのプラズマ発生装置のうち前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生装置には、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生装置に供給される前記ガスより結合エネルギーが大きいガスが供給されるようにしても良い。この場合、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生装置に供給されるガスとしては、ハロゲン系ガスが挙げられ、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生装置に供給されるガスとしては、O2ガス及びH2Oガスのうち少なくとも一種を含むガス、好ましくはO2ガス及びH2Oガスの両方を含むガスが挙げられる。 In the plasma processing method according to the present invention, two plasma generators may be used. In the above aspect, of the two plasma generators, the plasma generator at a position far from the object to be processed has a binding energy from the gas supplied to the plasma generator at a position near the object to be processed. A large gas may be supplied. In this case, the gas supplied to the plasma generator located far from the object to be processed includes a halogen-based gas, and the gas supplied to the plasma generator near the object to be processed includes gas containing at least one of O 2 gas and H 2 O gas, and the like, preferably a gas containing both of the O 2 gas and H 2 O gas.
更に、上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスと、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生部に供給されるガスとが、共に塩素ガスを含むガスであっても良い。 Further, in the above aspect, the gas supplied to the plasma generation unit located far from the processing object and the gas supplied to the plasma generation unit located near the processing object both contain chlorine gas. It may be a gas containing.
また、上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源によるパルス電界の電界強度が、200kV/cm以上1000kV/cm未満の範囲で設定されており、前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源によるパルス電界の電界強度が、1kV/cm以上200kV/cm未満の範囲で設定されているのが好ましい。更に、上記態様においては、前記処理対象物から遠い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源によるパルス電界の周波数及び前記処理対象物から近い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源によるパルス電界の周波数が、0.5kHz〜100kHzの範囲内で設定されているのが好ましい。 Moreover, in the said aspect, the electric field strength of the pulse electric field by the pulse power supply of the plasma generator located in the position far from the said process target is set in the range of 200 kV / cm or more and less than 1000 kV / cm, The said process target It is preferable that the electric field strength of the pulse electric field generated by the pulse power source of the plasma generating apparatus located near the position is set in the range of 1 kV / cm or more and less than 200 kV / cm. Further, in the above aspect, the frequency of the pulse electric field generated by the pulse power source of the plasma generator located at a position far from the object to be processed and the frequency of the pulse electric field generated by the pulse power source of the plasma generator located near the object to be processed are: It is preferably set within the range of 0.5 kHz to 100 kHz.
(実施の形態)
以下、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法について、図1及び図2を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す断面図である。図2は、図1に示したプラズマ処理装置のガス供給口を拡大して示す図であり、図2(a)は図1の拡大断面図、図2(b)は図2(a)中の切断線A−A´に沿って切断して得られた断面図である。
(Embodiment)
Hereinafter, a plasma processing apparatus and a plasma processing method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to an embodiment of the present invention. 2 is an enlarged view of the gas supply port of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, FIG. 2 (a) is an enlarged cross-sectional view of FIG. 1, and FIG. 2 (b) is in FIG. 2 (a). It is sectional drawing obtained by cut | disconnecting along cutting line AA '.
図1に示すように、本実施の形態では、プラズマ処理装置10は、プラズマ発生部(プラズマ発生装置)1と、プラズマ発生部(プラズマ発生装置)2とを備えている。また、図示していないが、プラズマ処理装置10は、チャンバーを備えており、プラズマ発生部1、プラズマ発生部2、及び処理対象となる基板20は、チャンバー内に配置されている。更に、チャンバー内の圧力は常圧に保たれており、プラズマ処理装置10は常圧プラズマ処理装置である。また、図示していないが、チャンバーには、プラズマ処理に用いたガスを排気するためのダクトが接続されている。
As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a
プラズマ発生部1は、対向電極4a及び4bと、誘電体3a及び3bと、パルス電源5とを備えている。一方の誘電体3aは、一方の対向電極4aの対向面に配置され、他方の誘電体3bは、他方の対向電極4bの対向面に配置されている。パルス電源5は、一方の対向電極4aと他方の対向電極4bとの間にパルス電界を印加する。
The plasma generator 1 includes
プラズマ発生部2も、対向電極12a及び12bと、誘電体11a及び11bと、パルス電源13とを備えている。また、一方の誘電体11aは、一方の対向電極12aの対向面に配置され、他方の誘電体11bは、他方の対向電極12bの対向面に配置されている。パルス電源13は、一方の対向電極12aと他方の対向電極12bとの間にパルス電界を印加する。
The
また、プラズマ処理装置10において、パルス電源5が印加するパルス電界の電界強度は、パルス電源13が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定されている。この点については後述する。
In the
更に、本実施の形態では、プラズマ処理装置10は、ガス供給口6aが設けられたガス供給部6と、ガス供給口14a(図2参照)が設けられたガス供給部14とを、更に備えている。ガス供給口6aは、ガス8をプラズマ発生部1に供給するために用いられ、ガス供給口14aは、ガス17をプラズマ発生部2に供給するために用いられる。
Further, in the present embodiment, the
本実施の形態においては、ガス供給部6は、貫通孔6bが設けられたキャップであり、誘電体3a及び3bの上方(図1中上側)に配置されている。貫通孔6bの誘電体3a及び3b側の開口が、ガス供給口6aとなっている。また、ガス供給部6は、ガス供給装置7に接続されている。ガス供給装置7は、流量計7aと、バルブ7bと、ガス8が充填されたボンベ7cとを備えている。
In the present embodiment, the
ガス供給装置7からガス8を送ると、ガス8は、誘電体3aと誘電体3bとの間において、上方から下方へと流れる。このとき、パルス電源5によって、対向電極4aと対向電極4bとの間にパルス電界を印加すると、ガス8はプラズマ化される。9はプラズマを示している。なお、本発明において「プラズマ化」とは、誘電体間に供給されたガスをプラズマによって分解し、エッチャントを含む反応性ガスを生成させることをいう。更に、「プラズマ化されたガス」とは、この反応性ガスのことをいう。
When the gas 8 is sent from the
ガス供給部14は、誘電体3aと誘電体11aとの間、及び誘電体3bと誘電体11bとの間に、それぞれ1つずつ配置されている。15はガス供給部14を取り付けるためのスペーサである。図2(b)に示すように、本実施の形態では、ガス供給部14は、供給管14bと、両端が閉塞された放出管14cとを備えている。放出管14cと供給管14bとは互いに垂直な位置関係にあり、ガス供給部14は、T字形状を呈している。また、ガス供給部14は、放出管14cが、誘電体3a及び3bの対向面、誘電体11a及び11bの対向面から飛び出さないように配置されている。
One
また、ガス供給部14の放出管14cには、一列に配置された複数の貫通孔が設けられている。この各貫通孔の外側の開口がガス供給口14aとなっている。複数の貫通孔は、ガス供給口14aが対向位置にある誘電体11a又は11bを向くように、斜め下方に向けて形成されている。このため、ガス17は、誘電体11a又は11bに向けて放出される。
The
また、図1に示すように、二つのガス供給部14は、両方とも、ガス供給装置16に接続されている。図1において、一方のガス供給部14とガス供給装置16との接続については、図示が省略されている。ガス供給装置16は、充填されたガス種が異なる二つのボンベ16c及び16dを備えている。また、ガス供給装置16は、ボンベ毎に、流量計16aとバルブ16bとを備えている。本実施の形態においては、ガス17は混合ガスである。この点については後述する。
Further, as shown in FIG. 1, both of the two
ガス供給装置16からガス17を送ると、ガス17は、誘電体11aと誘電体11bとの間において、上方から下方へと流れる。このとき、パルス電源13によって、対向電極12aと対向電極12bとの間にパルス電界を印加すると、ガス17はプラズマ化される。18は、プラズマを示している。
When the
なお、本実施の形態においては、ガス供給部14は、T字形状を呈し、二つ備えられているが、ガス供給部14の形状や数はこれに限定されるものではない。ガス供給部14の数は、1つであっても良いし、3つ以上であっても良い。また、ガス供給部14の形状は、プラズマ発生部2へとガス17を送ることができる形状であれば良い。
In the present embodiment, the
また、図1に示すように、プラズマ発生部1及びプラズマ発生部2は、処理対象物となる基板20から遠ざかる方向に順に配置されている。本実施の形態では、プラズマ発生部1及びプラズマ発生部2は、基板の上方に、プラズマ発生部1がプラズマ発生部2よりも基板20から遠ざかるように配置されている。更に、基板20の上方において、誘電体3aと誘電体11aとは直列に配置されている。同様に、誘電体3bと誘電体11bも直列に配置されている。
Moreover, as shown in FIG. 1, the plasma generation part 1 and the
よって、プラズマ発生部1でプラズマ化されたガスは、ガス供給装置7からの圧力により、プラズマ発生部2に送られ、これを通過し、プラズマ発生部2でプラズマ化されたガスと共に、基板20に吹き付けられる。19は、プラズマ化されたガス8とプラズマ化されたガス17とを示している。
Therefore, the gas converted into plasma by the plasma generator 1 is sent to the
また、このような構成を備えたプラズマ処理装置10は、ドライエッチング装置、アッシング装置のうちのいずれとしても利用できる。更に、処理対象物となる基板20は、半導体基板であっても良いし、表示装置を構成するガラス基板であっても良い。
Further, the
例えば、プラズマ処理装置10が、ドライエッチング装置として利用される場合は、基板上に成膜された、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜といった絶縁膜、薄膜トランジスタを形成するためのシリコン膜、配線用金属膜といった各種膜(図示せず)がエッチング対象となる。また、図1においては図示されていないが、プラズマ処理装置10は、基板20を面方向に沿って搬送するための搬送装置を備えている。このため、プラズマ処理装置10は、基板20全体をプラズマ処理することができる。
For example, when the
次に、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理方法について説明する。但し、本実施の形態におけるプラズマ処理法は、図1及び図2に示した本実施の形態におけるプラズマ処理装置10を稼動させることによって実施される。以下の説明においては、適宜図1及び図2を参酌する。また、以下の説明においては、プラズマ処理装置10がドライエッチング装置として使用され、処理対象物となる基板20上に成膜されたシリコン膜がエッチング対象となる場合を例として挙げる。
Next, a plasma processing method in the embodiment of the present invention will be described. However, the plasma processing method in the present embodiment is performed by operating the
最初に、誘電体3aと3bとの間にガス8を供給しながら、パルス電源5によって、対向電極4aと4bとの間にパルス電界を印加する。これにより、ガス8はプラズマ化され、エッチャントが生成される。また、ガス8の供給時の圧力により、プラズマ化されたガス8は、第2のパルス発生部2、即ち誘電体11aと11bとの間へと送られる。
First, a pulse electric field is applied between the
このとき、本実施の形態においては、ボンベ7cにはCF4ガスが充填されており、ガス8としてCF4ガスが供給される。また、CF4ガスの結合エネルギーは5.6eVであるため、パルス電源5によるパルス電界の電界強度(対向電極4aと4bとの間の電界強度)は200kV/cm以上1000kV/cm未満の範囲で設定される。更に、パルス電源5によるパルス電界の周波数は0.5kHz〜100kHzの範囲内で設定される。なお、本実施の形態においては、CF4ガス以外のハロゲン系ガス、例えば、CHF3ガス(結合エネルギー:2.4eV〜8.3eV)、を用いることもできる。
At this time, in the present embodiment, the cylinder 7c which CF 4 gas is filled, CF 4 gas is supplied as a gas 8. Further, since the binding energy of CF 4 gas is 5.6 eV, the electric field strength of the pulse electric field by the pulse power source 5 (the electric field strength between the
次に、誘電体11aと11bとの間にガス17を供給しながら、パルス電源13によって、対向電極12aと12bとの間にパルス電界を印加する。これにより、ガス17はプラズマ化され、エッチャントが生成される。また、プラズマ化されたガス17は、プラズマ発生部1でプラズマ化されたガス8と共に、基板20に吹き付けられる。
Next, a pulse electric field is applied between the
また、このとき、本実施の形態においては、ガス17として、結合エネルギーがガス8の結合エネルギーよりも小さいガスが用いられる。本例では、結合エネルギーが5.1eVのO2ガスと、結合エネルギーが4.8eVのH2Oガスとの混合ガスが用いられている。つまり、ボンベ16cにはO2ガスが充填され、ボンベ16dにはH2Oガスが充填されている。
At this time, in the present embodiment, a gas whose binding energy is smaller than the binding energy of the gas 8 is used as the
更に、ガス17の結合エネルギーがガス8の結合エネルギーよりも小さいことから、パルス電源13によるパルス電界の電界強度は、パルス電源5のそれよりも小さい値に設定される。例えば、この場合においては、パルス電源13によるパルス電界の電界強度(対向電極12aと12bとの間の電界強度)は、1kV/cm以上200kV/cm未満の範囲に設定される。また、パルス電源13によるパルス電界の周波数は、パルス電源5と同様に、0.5kHz〜100kHzの範囲内で設定される。
Further, since the binding energy of the
以上の工程により、プラズマ発生部1で発生したエッチャントと、プラズマ発生部2で発生したエッチャントとが、処理対象物となる基板20上の膜に吸着される。その結果、膜においてエッチングが進行する。
Through the above steps, the etchant generated in the plasma generation unit 1 and the etchant generated in the
このように、本実施の形態においては、結合エネルギーが大きく、プラズマ化するために大きな電界強度が求められるガスについては、基板20から遠い位置にあるプラズマ発生部1でプラズマ化される。一方、結合エネルギーが小さく、比較的小さい電界強度でプラズマ化できるガスについては、基板20から近い位置にあるプラズマ発生部2でプラズマ化される。
As described above, in the present embodiment, a gas that has a large binding energy and requires a large electric field strength to be turned into plasma is turned into plasma at the plasma generation unit 1 located far from the
このため、本実施の形態によれば、従来の常圧プラズマ処理装置と異なり、タクトタイムの短縮化を図りつつ、アーク放電の発生を抑制できる。また、本実施の形態において、CF4ガスは基板47から遠い位置でプラズマ化されるが、CF4ガスは、プラズマ化された後にプラズマ発生部2を通過するため、エッチャント(エッチング種)の減少は抑制される。よって、処理対象物から離れた位置でプラズマ化を行うことによる、エッチング効率の低下も抑制される。
For this reason, according to the present embodiment, unlike the conventional atmospheric pressure plasma processing apparatus, it is possible to suppress the occurrence of arc discharge while shortening the tact time. In the present embodiment, the CF 4 gas is converted into plasma at a position far from the
本実施の形態において、プラズマ発生部1に供給するガス8及びプラズマ発生部2に供給するガス17は、特に限定されるものではない。上記に示したように、ガス8として、ガス17よりも結合エネルギーの大きいガスを用いても良いし、ガス8及びガス17として同じガスを用いても良い。ガス8及びガス17の種類は、処理対象物に応じて適宜設定すれば良い。
In the present embodiment, the gas 8 supplied to the plasma generator 1 and the
例えば、エッチング処理を行う場合であって、エッチング対象が、基板に形成されたアルミニウムの薄膜であるならば、ガス8及びガス17として、塩素(Cl2)ガス(結合エネルギー:2.5eV)を主に含むガスを用いることができる。
For example, when an etching process is performed and the etching target is an aluminum thin film formed on a substrate, chlorine (Cl 2 ) gas (binding energy: 2.5 eV) is used as the gas 8 and the
本発明においては、プラズマ発生部(プラズマ発生装置)の個数は特に限定されるものではない。プラズマ発生部の個数は、処理対象物や使用されるガスの種類に応じて適宜設定すれば良い。また、プラズマ発生部を構成する誘電体、電極、ガス供給部の形状も特に限定されるものではない。これらの形状は、プラズマ処理装置の用途や処理対象物に応じて適宜設定できる。 In the present invention, the number of plasma generators (plasma generators) is not particularly limited. The number of plasma generators may be set as appropriate according to the object to be processed and the type of gas used. In addition, the shape of the dielectric, electrode, and gas supply unit constituting the plasma generation unit is not particularly limited. These shapes can be appropriately set according to the use of the plasma processing apparatus and the processing object.
本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、例えば、表示装置を構成するアクティブマトリクス基板の製造や、半導体装置の製造に用いることができる。本発明のプラズマ処理装置及びプラズマ処理方法は、産業上の利用可能性を有するものである。 The plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention can be used, for example, for manufacturing an active matrix substrate constituting a display device and manufacturing a semiconductor device. The plasma processing apparatus and the plasma processing method of the present invention have industrial applicability.
1 プラズマ発生部
2 プラズマ発生部
3a、3b 誘電体
4a、4b 第1の電極
5 パルス電源
6 ガス供給部
6a ガス供給口
6b 貫通孔
7 ガス供給装置
7a ガス供給装置の流量計
7b ガス供給装置のバルブ
7c ガス供給装置のボンベ
8 ガス
9、18 プラズマ
10 プラズマ処理装置
11a、11b 誘電体
12a、12b 第2の電極
13 パルス電源
14 ガス供給部
14a ガス供給口
14b 供給管
14c 放出管
15 スペーサ
16 ガス供給装置
16a ガス供給装置の流量計
16b ガス供給装置のバルブ
16c、16d ガス供給装置のボンベ
17 ガス
19 プラズマ化されたガス
20 基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (15)
複数のプラズマ発生部と、前記複数のプラズマ発生部それぞれにガスを供給するための複数のガス供給口とを備え、
前記複数のプラズマ発生部は、それぞれ、対向電極と、前記対向電極の対向面それぞれに配置された誘電体と、前記対向電極間にパルス電界を印加して、供給された前記ガスをプラズマ化させるパルス電源とを備え、且つ、処理対象物から遠ざかる方向に沿って順に、前記複数のプラズマ発生部のうちの1つでプラズマ化された前記ガスが、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生部を通って前記処理対象物に吹き付けられるよう配置され、
前記複数のプラズマ発生部それぞれのパルス電源が印加するパルス電界の電界強度は、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生部のパルス電源が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A plasma processing apparatus for performing plasma processing under normal pressure,
A plurality of plasma generation units, and a plurality of gas supply ports for supplying gas to each of the plurality of plasma generation units,
Each of the plurality of plasma generation units applies a pulse electric field between the counter electrode, a dielectric disposed on each of the counter surfaces of the counter electrode, and the counter electrode, and converts the supplied gas into plasma. And a gas that is converted into plasma by one of the plurality of plasma generation units in a direction along the direction away from the processing object, at a position closer to the processing object than that. Arranged to be sprayed onto the object to be processed through a plasma generator,
The electric field strength of the pulse electric field applied by the pulse power source of each of the plurality of plasma generating units is larger than the electric field strength of the pulse electric field applied by the pulse power source of the plasma generating unit located closer to the object to be processed. The plasma processing apparatus is characterized by being set.
複数個の前記プラズマ発生装置それぞれに前記ガスを供給し、複数個の前記プラズマ発生装置それぞれのパルス電源が印加するパルス電界の電界強度を、それよりも前記処理対象物に近い位置にあるプラズマ発生装置のパルス電源が印加するパルス電界の電界強度よりも大きな値に設定し、供給された前記ガスをプラズマ化させる工程を有することを特徴とするプラズマ処理方法。 A plasma having a counter electrode, a dielectric disposed on each of the opposing surfaces of the counter electrode, and a pulse power source that applies a pulse electric field between the counter electrodes to convert the gas supplied between the dielectrics into plasma. A plurality of generators are used, and further, the plurality of plasma generators are sequentially turned in a direction away from the object to be processed, and the gas converted into plasma by one of the plurality of plasma generators is A plasma processing method for performing plasma processing under normal pressure by being arranged so as to be sprayed to the processing object through a plasma generator located closer to the processing object than that,
The gas is supplied to each of the plurality of plasma generators, and the electric field intensity of the pulse electric field applied by the pulse power supply of each of the plurality of plasma generators is generated at a position closer to the object to be processed than that. A plasma processing method, comprising: setting a value larger than the electric field intensity of a pulse electric field applied by a pulse power source of the apparatus and converting the supplied gas into plasma.
The frequency of the pulse electric field by the pulse power source of the plasma generator located at a position far from the object to be processed and the frequency of the pulse electric field by the pulse power source of the plasma generator near the object to be processed are in the range of 0.5 kHz to 100 kHz. The plasma processing method according to claim 10, wherein the plasma processing method is set within the range.
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JP2013098018A (en) * | 2011-11-01 | 2013-05-20 | Nagano Japan Radio Co | Plasma processing apparatus |
JP2019220329A (en) * | 2018-06-19 | 2019-12-26 | 株式会社Fuji | Plasma supply device and plasma generation method |
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