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JP2022188899A - Apparatus and method for treating substrate - Google Patents

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JP2022188899A JP2021097170A JP2021097170A JP2022188899A JP 2022188899 A JP2022188899 A JP 2022188899A JP 2021097170 A JP2021097170 A JP 2021097170A JP 2021097170 A JP2021097170 A JP 2021097170A JP 2022188899 A JP2022188899 A JP 2022188899A
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Abstract

【課題】簡便な方法で、均一に、酸化ケイ素や窒化ケイ素の絶縁膜の表面改質処理を行うことのできる基板処理装置及びその装置を用いた基板処理方法を提供する。【解決手段】(a)絶縁体からなる筒状の容器と、前記筒状の容器にガスを供給するガス供給口と、前記筒状の容器の側方に設けられたマイクロ波導入口とを備え、筒状の反応性ガスを発生させるための反応性ガス発生室と、(b)前記反応性ガス発生室に接続され、前記反応性ガス発生室で発生した前記筒状の反応性ガスが被処理物である基板に照射されるよう前記基板を保持するための保持台と、前記ガスを排気するガス排気口とを備えた基板処理室とを有する基板処理装置であって、前記筒状の容器と前記基板との距離L1が1 mm以上1000 mm以下であり、前記保持台が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、前記回転軸Rと前記筒状の容器の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする基板処理装置。【選択図】図1(a)An object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus that can uniformly perform surface modification treatment on an insulating film of silicon oxide or silicon nitride in a simple manner, and a substrate processing method using the apparatus. [Solution] (a) A cylindrical container made of an insulator, a gas supply port for supplying gas to the cylindrical container, and a microwave introduction port provided on the side of the cylindrical container. , (b) a reactive gas generation chamber for generating a cylindrical reactive gas; A substrate processing apparatus comprising: a holding table for holding the substrate so that the substrate to be processed is irradiated; and a substrate processing chamber equipped with a gas exhaust port for exhausting the gas, A distance L1 between the container and the substrate is 1 mm or more and 1000 mm or less, and the holding table is rotatably provided around a predetermined rotation axis R, and the rotation axis R and the cylindrical container are A substrate processing apparatus characterized in that the central axis C of the substrate processing apparatus is not on the same straight line as the center axis C of the substrate processing apparatus. [Selection diagram] Figure 1(a)

Description

本発明は、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜等の絶縁膜が形成された基板の表面改質を行うための基板処理装置、及びその装置を用いた基板処理方法に関する。 The present invention relates to a substrate processing apparatus for modifying the surface of a substrate on which an insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is formed, and a substrate processing method using the apparatus.

半導体基板においては、絶縁膜や保護膜として、酸化ケイ素、窒化ケイ素等の膜が広く用いられている。酸化ケイ素膜又は窒化ケイ素膜を形成する方法として、モノシラン(SiH4)、ジシラン(Si2H6)等のシリコン原料ガスと、酸素、又は窒素含有ガス(窒素ガス、アンモニア等)とを使用したプラズマCVD(plasma-enhanced chemical vapor deposition)法が知られている。 In semiconductor substrates, films such as silicon oxide and silicon nitride are widely used as insulating films and protective films. Silicon source gases such as monosilane (SiH 4 ) and disilane (Si 2 H 6 ) and oxygen- or nitrogen-containing gases (nitrogen gas, ammonia, etc.) were used as a method for forming a silicon oxide film or a silicon nitride film. A plasma-enhanced chemical vapor deposition (CVD) method is known.

プラズマCVDにより成膜された酸化ケイ素膜及び窒化ケイ素膜は、モノシランガスやジシランガスに水素が含まれることから成膜された膜中にSi-H結合が存在し、その結果、絶縁破壊電界が低くなる等の膜特性の低下が問題になることがある。 Silicon oxide films and silicon nitride films deposited by plasma CVD have Si-H bonds in the film because hydrogen is contained in monosilane gas and disilane gas, resulting in a low breakdown electric field. In some cases, deterioration of film properties such as

膜中のSi-H結合を減らし絶縁膜の表面改質を行う方法として、マイクロ波プラズマを用いて表面処理を行う方法がある。しかしながら、プラズマを半導体基板の表面に照射するとプラズマ中のイオンや電子によって膜表面の改質が可能ではあるが、エネルギーが高すぎた場合、基板の膜や素子がダメージを受けてデバイス性能が低下してしまうといった問題が生じる。 As a method of reducing the Si-H bonds in the film and modifying the surface of the insulating film, there is a method of surface treatment using microwave plasma. However, when the surface of a semiconductor substrate is irradiated with plasma, the film surface can be modified by the ions and electrons in the plasma, but if the energy is too high, the substrate film and elements will be damaged and the device performance will be degraded. There is a problem that

特許文献1(特開2017-224669号)は、基板上にプラズマCVDにより成膜された窒化珪素膜にマイクロ波水素プラズマを照射して、マイクロ波プラズマ中の原子状水素により窒化珪素膜の表面部分の水素を除去し、表面部分を改質する窒化珪素膜の処理方法を開示している。引用文献1には、マイクロ波水素プラズマを発生させる際の圧力を10~100 Paに調節することにより、イオンエネルギーが低く、多量の原子状水素(水素ラジカル)を含む状態とすることができ、そのように発生させたプラズマを用いることで、Si-N結合を破壊することなく、Si-H結合からHを除去することができると記載している。 Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-224669) discloses that a silicon nitride film formed on a substrate by plasma CVD is irradiated with microwave hydrogen plasma, and the surface of the silicon nitride film is treated by atomic hydrogen in the microwave plasma. A method for treating a silicon nitride film is disclosed that removes hydrogen from a portion and modifies the surface portion. In Cited Document 1, by adjusting the pressure when generating microwave hydrogen plasma to 10 to 100 Pa, it is possible to create a state where ion energy is low and a large amount of atomic hydrogen (hydrogen radicals) is included, It is stated that the plasma so generated can be used to remove H from the Si--H bonds without breaking the Si--N bonds.

しかしながら、特許文献1に記載のマイクロ波プラズマ処理方法は、水平に保持された基板と、前記基板と平行に配置された円板状のマイクロ波透過板(誘電体)とからなる装置を用いて、円板状のマイクロ波透過板(誘電体)にマイクロ波を照射して発生させた表面波プラズマを下方に拡散させ、基板に照射して基板表面の改質を行うものであるので、基板の広い範囲を処理できるというメリットはあるものの、基板に照射される時点では十分に高いプラズマ密度(ラジカル密度)を得るのが難しい。また引用文献1に記載の方法及び装置で得られるプラズマは、イオン種に対するラジカル種の割合を十分に高めることが難しく、ラジカル種を多く発生させようとするとイオン種の濃度を十分に減少させることができず、基板へのダメージが十分に抑制されない場合がある。従って、基板へのダメージを抑制しつつ、さらに高い効率で基板の改質処理を行う方法が望まれている。 However, the microwave plasma processing method described in Patent Document 1 uses an apparatus consisting of a horizontally held substrate and a disk-shaped microwave transmitting plate (dielectric) arranged parallel to the substrate. , A surface wave plasma generated by irradiating a disk-shaped microwave transmission plate (dielectric) with microwaves is diffused downward and irradiated to the substrate to modify the surface of the substrate. However, it is difficult to obtain a sufficiently high plasma density (radical density) at the time the substrate is irradiated. In addition, it is difficult to sufficiently increase the ratio of radical species to ion species in the plasma obtained by the method and apparatus described in Cited Document 1, and if an attempt is made to generate a large amount of radical species, the ion species concentration will be sufficiently reduced. may not be possible, and damage to the substrate may not be sufficiently suppressed. Therefore, there is a demand for a method of modifying a substrate with higher efficiency while suppressing damage to the substrate.

簡便な構成のマイクロ波プラズマ発生装置として、特許文献2(特許第3637397号)は、誘電材料からなる円筒状の二重容器に側面からマイクロ波を導入することで、円筒状の容器が無限長の誘電体線路を形成するとともに、導入したマイクロ波の反射を抑制する構造とし、インピーダンス整合器を不要としたマイクロ波プラズマ発生装置を開示している。特許文献2に記載の円筒型のマイクロ波プラズマ発生装置は、プラズマ密度が高く、処理時間を短くでき、またシンプルな構造のため安価である。 As a microwave plasma generator with a simple configuration, Patent Document 2 (Patent No. 3637397) discloses that a cylindrical double container made of a dielectric material is introduced with microwaves from the side, so that the cylindrical container has an infinite length. , a microwave plasma generator that eliminates the need for an impedance matching device by forming a dielectric line and suppressing reflection of introduced microwaves. The cylindrical microwave plasma generator described in Patent Document 2 has a high plasma density, can shorten the processing time, and is inexpensive due to its simple structure.

しかしながら、特許文献2に記載の円筒状のマイクロ波プラズマ発生装置によって発生するプラズマは円筒状であるため、被処理物である基板に均一に照射するのが困難であり、基板処理パターンが不均一になってしまう。 However, since the plasma generated by the cylindrical microwave plasma generator described in Patent Document 2 is cylindrical, it is difficult to uniformly irradiate the substrate, which is the object to be processed, and the substrate processing pattern is uneven. Become.

特開2017-224669号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-224669 特許第3637397号公報Patent No. 3637397

従って、本発明の目的は、簡便な方法で、均一に、効率よく、酸化ケイ素や窒化ケイ素の絶縁膜の表面改質処理を行うことのできる基板処理装置及びその装置を用いた基板処理方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a substrate processing apparatus and a substrate processing method using the same, which can perform surface modification treatment of an insulating film of silicon oxide or silicon nitride in a simple, uniform and efficient manner. to provide.

上記目的に鑑み、本発明者らは、水素ガスを流しながら円筒状のマイクロ波プラズマ発生装置によって高密度のプラズマを発生させたときに、円筒状のマイクロ波プラズマ発生装置から被処理物である基板までの距離を最適化することによって、プラズマが基板表面に到達した時点で、プラズマ中のイオン性活性種(水素イオン、電子等)をほぼ失活又はラジカル化させることができ、プラズマを水素ラジカルが主体の反応性ガスとすることが可能であること、さらに円筒状のプラズマから生じる円筒状の反応性ガスを基板に照射する位置及び角度を最適化することにより、円筒状のマイクロ波プラズマ発生装置を用いた場合でも、均一に基板を処理できることを見出し、本発明に想到した。 In view of the above object, the present inventors have found that when a high-density plasma is generated by a cylindrical microwave plasma generator while flowing hydrogen gas, the object to be processed is generated from the cylindrical microwave plasma generator. By optimizing the distance to the substrate, when the plasma reaches the substrate surface, most of the ionic active species (hydrogen ions, electrons, etc.) in the plasma can be deactivated or radicalized, and the plasma can be transformed into hydrogen. By optimizing the position and angle of irradiating the substrate with the cylindrical reactive gas generated from the cylindrical plasma, it is possible to create a cylindrical microwave plasma. The inventors have found that substrates can be processed uniformly even when a generator is used, and have arrived at the present invention.

すなわち、本発明の基板処理装置は、(a)絶縁体からなる筒状の容器と、
前記筒状の容器にガスを供給するガス供給口と、
前記筒状の容器の側方に設けられたマイクロ波導入口とを備え、筒状の反応性ガスを発生させるための反応性ガス発生室と、
(b)前記反応性ガス発生室に接続され、
前記反応性ガス発生室で発生した前記筒状の反応性ガスが被処理物である基板に照射されるよう前記基板を保持するための保持台と、
前記ガスを排気するガス排気口とを備えた基板処理室と
を有し、
前記筒状の容器と前記基板との距離L1が1 mm以上1000 mm以下であり、
前記保持台が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、前記回転軸Rと前記筒状の容器の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする。
That is, the substrate processing apparatus of the present invention includes (a) a cylindrical container made of an insulator;
a gas supply port for supplying gas to the tubular container;
a reactive gas generation chamber for generating a cylindrical reactive gas, comprising a microwave introduction port provided on the side of the cylindrical container;
(b) connected to the reactive gas generation chamber;
a holding table for holding the substrate so that the cylindrical reactive gas generated in the reactive gas generation chamber is irradiated onto the substrate, which is an object to be processed;
a substrate processing chamber provided with a gas exhaust port for exhausting the gas;
a distance L1 between the cylindrical container and the substrate is 1 mm or more and 1000 mm or less;
The holding base is rotatable around a predetermined rotation axis R, and the rotation axis R and the central axis C of the cylindrical container are not on the same straight line.

本発明の基板処理装置において、前記筒状の容器の上端と前記基板との距離L2、及び前記の平均自由行程λが、式:
0.1×λ≦L2≦100×λ
[ただし、L2は前記筒状の容器の上端と下端との距離(L2-L1)+1 mmよりも大きい。]
を満たすのが好ましい。
In the substrate processing apparatus of the present invention, the distance L 2 between the upper end of the cylindrical container and the substrate and the mean free path λ are expressed by the formula:
0.1×λ≦L2 100×λ
[However, L 2 is greater than the distance between the upper end and the lower end of the tubular container (L 2 −L 1 )+1 mm. ]
is preferably satisfied.

本発明の基板処理装置において、前記反応性ガスにより形成されるラジカルの密度は前記基板上において1×1014個/cm3以上であるのが好ましい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the density of radicals formed by the reactive gas is preferably 1×10 14 /cm 3 or more on the substrate.

本発明の基板処理装置において、前記保持台を1回転させたときに前記保持台に照射される前記筒状の反応性ガスの軌跡の形状が、前記保持台を1回転させたときに前記基板が描く軌跡の形状を含むように前記基板及び前記筒状の容器が配置されているのが好ましい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the shape of the trajectory of the cylindrical reactive gas irradiated onto the holding table when the holding table is rotated once changes the shape of the trajectory of the substrate when the holding table is rotated once. It is preferable that the substrate and the cylindrical container are arranged so as to include the shape of the trajectory drawn by .

本発明の基板処理装置において、前記筒状の反応性ガスを前記基板に照射した状態で前記保持台を1回転させたときに、前記基板に照射される反応性ガスの積算量が最も多い点での積算量をPMAX、最も少ない点での積算量をPMINとしたとき、0.5≦PMIN/PMAX≦1であるのが好ましい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, when the holder is rotated once while the substrate is being irradiated with the cylindrical reactive gas, the integrated amount of the reactive gas irradiated onto the substrate is the largest. It is preferable that 0.5≦P MIN /P MAX ≦1, where P MAX is the integrated amount at the minimum point and P MIN is the integrated amount at the smallest point.

本発明の基板処理装置において、前記回転軸Rと前記中心軸Cとは、0~60°の角度をなしていてもよい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the rotation axis R and the central axis C may form an angle of 0 to 60°.

本発明の基板処理装置において、前記筒状の容器に供給する前記ガスは水素であるのが好ましい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, it is preferable that the gas supplied to the cylindrical container is hydrogen.

本発明の基板処理装置において、前記筒状の反応性ガスは、前記基板に照射される時点では水素ラジカルを主体とする反応性ガスであるのが好ましい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, the cylindrical reactive gas is preferably a reactive gas mainly composed of hydrogen radicals when the substrate is irradiated with the reactive gas.

本発明の基板処理装置において、前記基板が、最上層にプラズマCVDにより成膜された絶縁膜を有する基板であり、前記水素ラジカルの照射により前記絶縁膜の表面改質を行うのが好ましい。 In the substrate processing apparatus of the present invention, it is preferable that the substrate has an insulating film deposited by plasma CVD on its uppermost layer, and the surface of the insulating film is modified by irradiation with the hydrogen radicals.

本発明の基板処理方法は、絶縁体からなる筒状の容器に、前記筒状の容器に設けられたガス供給口からガスを供給するとともに、前記筒状の容器の側方に設けられたマイクロ波導入口からマイクロ波を導入し、前記筒状の容器の内部に筒状の反応性ガスを発生させ、
前記筒状の容器に接続された基板処理室に前記筒状の反応性ガスを供給するとともに、前記ガスを前記基板処理室に設けられたガス排気口から排気しながら、前記基板処理室内の保持台に保持された被処理物である基板に前記筒状の反応性ガスを照射することによって前記基板の表面処理を行う基板処理方法であって、
前記筒状の容器と前記基板との距離L1が1 mm以上1000 mm以下であり、
前記保持台が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、前記回転軸Rと前記筒状の容器の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method of the present invention, gas is supplied to a cylindrical container made of an insulating material from a gas supply port provided in the cylindrical container, and a micrometer is provided on the side of the cylindrical container. introducing microwaves from a wave inlet to generate a tubular reactive gas inside the tubular container;
While supplying the cylindrical reactive gas to the substrate processing chamber connected to the cylindrical container and exhausting the gas from a gas exhaust port provided in the substrate processing chamber, holding the substrate in the substrate processing chamber A substrate processing method for subjecting a substrate, which is an object to be processed and held on a table, to surface processing of the substrate by irradiating the cylindrical reactive gas onto the substrate,
a distance L1 between the cylindrical container and the substrate is 1 mm or more and 1000 mm or less;
The substrate processing, wherein the holding table is rotatably provided around a predetermined rotation axis R, and the rotation axis R and the central axis C of the cylindrical container are not on the same straight line. Method.

本発明の基板処理方法において、前記筒状の容器の上端と前記基板との距離L2、及び前記の平均自由行程λが、式:
0.1×λ≦L2≦100×λ
[ただし、L2は前記筒状の容器の上端と下端との距離(L2-L1)+1 mmよりも大きい。]
を満たすのが好ましい。
In the substrate processing method of the present invention, the distance L 2 between the upper end of the cylindrical container and the substrate and the mean free path λ are expressed by the formula:
0.1×λ≦L2 100×λ
[However, L 2 is greater than the distance between the upper end and the lower end of the tubular container (L 2 −L 1 )+1 mm. ]
is preferably satisfied.

本発明の基板処理方法において、前記反応性ガスにより形成されるラジカルの密度は前記基板上において1×1014個/cm3以上であるのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, the density of radicals formed by the reactive gas is preferably 1×10 14 /cm 3 or more on the substrate.

本発明の基板処理方法において、前記反応性ガスを1~20分照射したときの照射時間とラジカルの密度との積は前記基板上において25×1014分・個/cm3以上であるのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, the product of the irradiation time and the radical density when the reactive gas is irradiated for 1 to 20 minutes is 25×10 14 min/cm 3 or more on the substrate. preferable.

本発明の基板処理方法において、前記保持台を1回転させたときに前記保持台に照射される前記筒状の反応性ガスの軌跡の形状が、前記保持台を1回転させたときに前記基板が描く軌跡の形状を含むように前記基板及び前記筒状の容器が配置されているのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, the shape of the trajectory of the cylindrical reactive gas irradiated onto the holding table when the holding table is rotated once changes the shape of the trajectory of the substrate when the holding table is rotated once. It is preferable that the substrate and the cylindrical container are arranged so as to include the shape of the trajectory drawn by .

本発明の基板処理方法において、前記筒状の反応性ガスを前記基板に照射した状態で前記保持台を1回転させたときに、前記基板に照射される反応性ガスの積算量が最も多い点での積算量をPMAX、最も少ない点での積算量をPMINとしたとき、0.5≦PMIN/PMAX≦1であるのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, when the substrate is irradiated with the cylindrical reactive gas and the holding table is rotated once, the integrated amount of the reactive gas irradiated onto the substrate is the largest. It is preferable that 0.5≦P MIN /P MAX ≦1, where P MAX is the integrated amount at the minimum point and P MIN is the integrated amount at the smallest point.

本発明の基板処理方法において、前記回転軸Rと前記中心軸Cとは、0~60°の角度をなしていてもよい。 In the substrate processing method of the present invention, the rotation axis R and the central axis C may form an angle of 0 to 60°.

本発明の基板処理方法において、前記筒状の容器に供給する前記ガスが水素であるのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, it is preferable that the gas supplied to the cylindrical container is hydrogen.

本発明の基板処理方法において、前記筒状の反応性ガスは、前記基板に照射される時点では水素ラジカルを主体とする反応性ガスであるのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, the cylindrical reactive gas is preferably a reactive gas mainly composed of hydrogen radicals when the substrate is irradiated with the reactive gas.

本発明の基板処理方法において、前記基板が、最上層にプラズマCVDにより成膜された絶縁膜を有する基板であり、前記水素ラジカルの照射により前記絶縁膜の表面改質を行うのが好ましい。 In the substrate processing method of the present invention, it is preferable that the substrate has an insulating film deposited by plasma CVD as the uppermost layer, and the surface of the insulating film is modified by irradiation with the hydrogen radicals.

本発明の基板処理装置及び基板処理方法により、酸化ケイ素や窒化ケイ素の絶縁膜の表面改質処理を簡便で均一に効率よく行うことができるので、半導体基板の絶縁膜等の表面改質処理に好適である。 With the substrate processing apparatus and substrate processing method of the present invention, it is possible to simply, uniformly and efficiently perform the surface modification treatment of insulating films of silicon oxide or silicon nitride. preferred.

本発明は、水素ラジカルの照射により前記絶縁膜の表面改質を行うため、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸化アルミニウム膜等の絶縁膜に適用することが可能である。特に、最上層にプラズマCVDにより成膜されたSi-H結合が多く存在する絶縁膜を有する基板に対して好適である。 The present invention can be applied to insulating films such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, and an aluminum oxide film because the surface of the insulating film is modified by irradiation with hydrogen radicals. In particular, it is suitable for a substrate having an insulating film in which many Si—H bonds are present, which is formed by plasma CVD as the uppermost layer.

本発明の基板処理装置の一例を示す模式断面図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic cross section which shows an example of the substrate processing apparatus of this invention. 図1(a)のA-A断面図である。FIG. 1(a) is a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 1(a). 本発明の基板処理装置の他の一例を示す模式断面図である。It is a schematic cross section showing another example of the substrate processing apparatus of the present invention. 図2(a)のB-B断面図である。FIG. 2(a) is a cross-sectional view taken along line B-B of FIG. 2(a). 図1(a)のA-A断面における反応性ガスの形状を示す模式断面図である。FIG. 1(a) is a schematic cross-sectional view showing the shape of a reactive gas on the AA cross section of FIG. 1(a). 基板上に照射される反応性ガスの形状の一例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing an example of the shape of reactive gas irradiated onto a substrate; 基板上に照射される反応性ガスの形状の他の一例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing another example of the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate; 基板上に照射される反応性ガスの形状のさらに他の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing still another example of the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate; 基板上に照射される反応性ガスの形状のさらに他の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing still another example of the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate; 基板上に照射される反応性ガスの形状のさらに他の一例を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing still another example of the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate; 本発明の基板処理装置のさらに他の一例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the substrate processing apparatus of the present invention; 図5に示す基板処理装置を用いたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing the shape of a reactive gas irradiated onto a substrate when the substrate processing apparatus shown in FIG. 5 is used; FIG. 筒状の容器の断面形状を変えたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate when the cross-sectional shape of the cylindrical container is changed. 筒状の容器の断面形状を変えたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate when the cross-sectional shape of the cylindrical container is changed. 筒状の容器の断面形状を変えたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate when the cross-sectional shape of the cylindrical container is changed. 本発明の基板処理装置のさらに他の一例を示す模式断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the substrate processing apparatus of the present invention; 図9に示す基板処理装置を用いたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of a reactive gas irradiated onto a substrate when the substrate processing apparatus shown in FIG. 9 is used; 筒状の容器の断面形状及び数を変えたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate when the cross-sectional shape and number of cylindrical containers are changed. 筒状の容器の断面形状及び数を変えたときに、基板上に照射される反応性ガスの形状を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the shape of the reactive gas irradiated onto the substrate when the cross-sectional shape and number of cylindrical containers are changed.

[1]基板処理装置
図1(a)及び図1(b)は本発明の基板処理装置100の一例を示す。本発明の基板処理装置100は、筒状の反応性ガスGAを発生させる反応性ガス発生室101と、それに連接する基板処理室102とからなり、反応性ガス発生室101は、絶縁体からなる筒状の容器103と、筒状の容器103にガスGを供給するガス供給口104と、筒状の容器103の側方に設けられたマイクロ波導入口105とを備え、基板処理室102は、反応性ガス発生室101で発生した筒状の反応性ガスGAが被処理物である基板106に照射されるよう基板106を保持するための保持台107と、ガスGを排気するガス排気口108とを備え、筒状の容器103と基板106との距離L1が1 mm以上1000 mm以下であり、保持台107が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、回転軸Rと筒状の容器103の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする。
[1] Substrate Processing Apparatus FIGS. 1(a) and 1(b) show an example of a substrate processing apparatus 100 of the present invention. A substrate processing apparatus 100 of the present invention comprises a reactive gas generation chamber 101 for generating a cylindrical reactive gas GA and a substrate processing chamber 102 connected thereto. a cylindrical container 103, a gas supply port 104 for supplying gas G to the cylindrical container 103, and a microwave introduction port 105 provided on the side of the cylindrical container 103, and the substrate processing chamber 102 is , a holder 107 for holding the substrate 106 so that the cylindrical reactive gas G A generated in the reactive gas generation chamber 101 is irradiated onto the substrate 106, which is an object to be processed, and a gas exhaust for exhausting the gas G. and a port 108, the distance L1 between the cylindrical container 103 and the substrate 106 is 1 mm or more and 1000 mm or less, and the holding base 107 is rotatably provided around a predetermined rotation axis R. , the rotation axis R and the central axis C of the cylindrical container 103 are not on the same straight line.

なお図1(a)及び図1(b)に示す基板処理装置100は、筒状の容器103が一重構造となっている例であるが、図2(a)及び図2(b)に示すように、筒状の容器103が、内容器103aと内容器103aに対して外側に同心状に配置された外容器103bとからなる二重構造であってもよい。このように二重構造の容器とすることで、インピーダンス整合器を不要としたマイクロ波プラズマ発生装置を簡便に供給することが可能である。二重構造の筒状の容器からなるマイクロ波プラズマ装置は、例えば、特許文献2に記載のものを用いることができる。 Note that the substrate processing apparatus 100 shown in FIGS. 1(a) and 1(b) is an example in which the cylindrical container 103 has a single layer structure, and the substrate processing apparatus 100 is shown in FIGS. 2(a) and 2(b). Thus, the cylindrical container 103 may have a double structure consisting of the inner container 103a and the outer container 103b arranged concentrically outside the inner container 103a. Such a double structure container makes it possible to easily supply a microwave plasma generator that does not require an impedance matching device. For example, the microwave plasma device described in Patent Document 2 can be used as the microwave plasma device composed of a double-structured tubular container.

ガス排気口108を設ける位置は、特に限定されないが、保持台107よりも下流側、すなわち、反応性ガス発生室101から見て保持台107の後方に設けるのが好ましい。特に、保持台107の基板106が配置されている側と反対側に設けるのが好ましい。 The position where the gas exhaust port 108 is provided is not particularly limited, but it is preferably provided on the downstream side of the holding table 107 , that is, behind the holding table 107 when viewed from the reactive gas generation chamber 101 . In particular, it is preferable to provide it on the opposite side of the holding table 107 to the side where the substrate 106 is arranged.

(1)反応性ガスの性状
基板処理装置100の反応性ガス発生室101において、絶縁体からなる筒状の容器103は減圧状態に保たれており、この筒状の容器103にガス供給口104からガスG(例えば、水素ガス)を供給しながらマイクロ波導入口105からマイクロ波を導入すると、マイクロ波が筒状の容器103の表面を伝送路として定在波を生じ、筒状の容器103を透過したマイクロ波により筒状の容器103内にガスGのプラズマが発生する。プラズマは筒状の容器103の内壁に沿って発生するため筒状となる。このようにして、容器を筒状とすることにより定在波となった部分のマイクロ波密度が高くなり、その結果、筒状の容器103の内側に漏れるマイクロ波によって発生するプラズマの密度が特異的に高くなる。なお、図1(a)に示す例では、ガス供給口104は二カ所設けられているが、一カ所でも良いし、三カ所以上設けても良い。ガス供給口104はを複数も受ける場合は、筒状の容器103で発生するプラズマの位置に沿って、すなわち、筒状の容器の内壁に沿って配置するのが好ましい。また、ガス供給口104の上流側に、ガス流量測定手段を設けるのが好ましい。
(1) Properties of Reactive Gas In the reactive gas generation chamber 101 of the substrate processing apparatus 100, a cylindrical container 103 made of an insulating material is kept under reduced pressure. When a microwave is introduced from the microwave inlet 105 while supplying a gas G (for example, hydrogen gas) from the container 103, the microwave generates a standing wave with the surface of the cylindrical container 103 as a transmission path. Plasma of the gas G is generated in the tubular container 103 by the transmitted microwave. Since the plasma is generated along the inner wall of the cylindrical container 103, it has a cylindrical shape. In this way, by making the container 103 cylindrical, the microwave density in the standing wave portion becomes high, and as a result, the density of the plasma generated by the microwaves leaking inside the cylindrical container 103 is peculiar. relatively high. In the example shown in FIG. 1(a), the gas supply ports 104 are provided at two locations, but may be provided at one location or at three or more locations. If a plurality of gas supply ports 104 are to be received, they are preferably arranged along the position of the plasma generated in cylindrical container 103, that is, along the inner wall of the cylindrical container. Further, it is preferable to provide gas flow rate measuring means upstream of the gas supply port 104 .

ここで発生するプラズマは、ガスGの分子が電離した状態のものであり、例えば、ガスGとして水素ガスを使用した場合、水素イオン、電子等の化学種を含んでいる。ここでイオン種は電子と再結合して、比較的短時間の間に失活し、ガスG又はガスGのラジカルが生成する。水素ガスの場合、発生したプラズマは、時間の経過とともに、水素イオンが減少し、水素ラジカルが増加していく。特に減圧下では、生成したラジカルは他のラジカルとの衝突の機会が少ないため、比較的長い時間存在する。このように、プラズマを起因として発生したラジカルを含むガス、すなわち、本願においてはイオン、電子、ラジカルを含んだガスのことを反応性ガスGAと定義する。反応性ガスGAもプラズマと同様筒状となる。例えば、筒状の容器103が円筒状である場合、反応性ガスGAは軸方向(ガスGの流れ方向)視で筒状の容器103の内壁とほぼ等しい外形を有するリング状となる。 The plasma generated here is in a state in which the molecules of the gas G are ionized. For example, when hydrogen gas is used as the gas G, it contains chemical species such as hydrogen ions and electrons. Here, the ionic species recombine with electrons and are deactivated in a relatively short period of time to generate gas G or gas G radicals. In the case of hydrogen gas, in the generated plasma, hydrogen ions decrease and hydrogen radicals increase over time. Especially under reduced pressure, the generated radicals have less chance of colliding with other radicals, so they exist for a relatively long time. Thus, a gas containing radicals generated by plasma, that is, a gas containing ions, electrons, and radicals is defined as a reactive gas GA in the present application. The reactive gas G A also becomes cylindrical like the plasma. For example, when the tubular container 103 is cylindrical, the reactive gas G A has a ring shape having an outer shape substantially equal to the inner wall of the tubular container 103 when viewed in the axial direction (flow direction of the gas G).

反応性ガス発生室101で発生した筒状の反応性ガスGAは、供給するガスGの流れに従って、反応性ガス発生室101に連接して設けられている基板処理室102に移動する。このとき、イオン、電子、ラジカル等の化学種は、ガスGによって流れると同時に、拡散によって広がるため、筒状の反応性ガスGAは時間とともに、筒の厚みが広がった形状となっていく。また前述したように、イオン及び電子速やかに失活していくため、時間の経過とともに、イオン種が減少し、ラジカル種が増加する。 The cylindrical reactive gas G A generated in the reactive gas generation chamber 101 moves to the substrate processing chamber 102 provided in communication with the reactive gas generation chamber 101 according to the flow of the gas G supplied. At this time, chemical species such as ions, electrons, radicals, etc., flow through the gas G and at the same time spread due to diffusion, the cylindrical reactive gas G A gradually becomes thicker with time. In addition, as described above, ions and electrons are quickly deactivated, so that ion species decrease and radical species increase with the passage of time.

ラジカル種を主体とする反応性ガスGAは、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられた保持台107上に保持された基板106に照射され、基板106表面に設けられた絶縁膜(図示せず)の表面改質を行う。このとき、反応性ガスGA中のイオンや電子が多い場合、反応性ガスのエネルギーが高すぎるため、基板の膜や素子に損傷を与えてしまうので、イオンや電子の化学種を少なくし、絶縁膜の表面改質に有効なラジカル種の濃度を高めるため、筒状の容器103と基板106との距離L1を1 mm以上1000 mm以下とする。このような条件を満たすことで、例えば、ガスとして水素ガスを用いた場合、基板106に照射される時点では水素ラジカルを主体とした反応性ガスGAとすることができる。 The reactive gas G A mainly composed of radical species is irradiated onto the substrate 106 held on the holding table 107 provided rotatably around the predetermined rotation axis R, and the insulating film provided on the surface of the substrate 106 is irradiated. (not shown) is subjected to surface modification. At this time, if there are many ions and electrons in the reactive gas GA , the energy of the reactive gas is too high, which will damage the substrate film and elements. In order to increase the concentration of radical species effective for modifying the surface of the insulating film, the distance L1 between cylindrical container 103 and substrate 106 is set to 1 mm or more and 1000 mm or less. By satisfying these conditions, for example, when hydrogen gas is used as the gas, the reactive gas GA mainly composed of hydrogen radicals can be obtained when the substrate 106 is irradiated.

ここで筒状の容器103と基板106との距離L1とは、筒状の容器103の最も基板106に近い点から基板106までの距離のことである。例えば、図1(a)に示す態様においては、筒状の容器103の下端103-2から基板106の表面106aまでの距離L1のことである。この距離L1が1 mm未満であると、イオンや電子の化学種が多いため、基板の膜や素子に損傷を与えてしまう。この距離L1が1000 mm超であるとラジカル種が拡散や再結合による失活により基板表面の改質を行うのに十分な濃度が確保できなくなる。筒状の容器103と基板106との距離L1の下限は、好ましくは5 mmであり、より好ましくは10 mmである。筒状の容器103と基板106との距離L1の上限は、好ましくは500 mm、より好ましくは300 mmである。 Here, the distance L 1 between the cylindrical container 103 and the substrate 106 is the distance from the closest point of the cylindrical container 103 to the substrate 106 to the substrate 106 . For example, in the embodiment shown in FIG. 1 (a), it is the distance L1 from the lower end 103-2 of the cylindrical container 103 to the surface 106a of the substrate 106. As shown in FIG. If the distance L1 is less than 1 mm, there are many chemical species of ions and electrons, which damage the substrate film and elements. If the distance L 1 exceeds 1000 mm, the radical species are deactivated by diffusion or recombination, making it impossible to ensure a sufficient concentration for modifying the substrate surface. The lower limit of distance L1 between cylindrical container 103 and substrate 106 is preferably 5 mm, more preferably 10 mm. The upper limit of the distance L1 between the cylindrical container 103 and the substrate 106 is preferably 500 mm, more preferably 300 mm.

さらに、筒状の容器103の上端103-1と基板106との距離L2、及び前記の平均自由行程λが、式:
0.1×λ≦L2≦100×λ
[ただし、L2は前記筒状の容器の上端と下端との距離(L2-L1)+1 mmよりも大きい。]
を満たすのが好ましい。この条件を満たすことにより、反応性ガスGAが基板106に照射される時点で、反応性ガスGA中のイオンや電子の化学種がある程度失活し、絶縁膜の表面改質に有効なラジカル種の濃度を高めることができる。
Furthermore, the distance L 2 between the upper end 103-1 of the cylindrical container 103 and the substrate 106 and the mean free path λ are expressed by the formula:
0.1×λ≦L2 100×λ
[However, L 2 is greater than the distance between the upper end and the lower end of the tubular container (L 2 −L 1 )+1 mm. ]
is preferably satisfied. By satisfying this condition, when the substrate 106 is irradiated with the reactive gas GA , chemical species such as ions and electrons in the reactive gas GA are deactivated to some extent, which is effective for surface modification of the insulating film. The concentration of radical species can be increased.

反応性ガスGA中のイオン(ガス分子のイオン)は、平均自由行程のオーダーで飛行する間に、概ね、電子と衝突するものは衝突してラジカルになると考えられる。距離L2がガス分子のイオンの平均自由行程の0.1倍より短いと、基板に到達するまでにラジカルになる確率が低く、ラジカル主体の反応性ガスGAが得られない。また距離L2がガス分子の平均自由行程λの100倍より長いと、生成したラジカル同士がさらに衝突してラジカルが失活してしまう。なおここで言う平均自由行程はガス分子のイオンが別のガス分子のイオンに衝突するまでの平均自由行程のことである。距離L2とガス分子のイオンの平均自由行程λとの関係は、0.2×λ≦L2≦50×λであるのが更に好ましく、0.5×λ≦L2≦30×λであるのが最も好ましい。 While ions (ions of gas molecules) in the reactive gas G A fly on the order of the mean free path, it is generally considered that those that collide with electrons collide and become radicals. If the distance L2 is shorter than 0.1 times the mean free path of the ions of the gas molecules, the probability that they will become radicals before reaching the substrate is low, and the reactive gas GA mainly composed of radicals cannot be obtained. Further, if the distance L2 is longer than 100 times the mean free path λ of the gas molecules, the generated radicals collide with each other further and the radicals are deactivated. The mean free path referred to here is the mean free path until an ion of a gas molecule collides with an ion of another gas molecule. The relationship between the distance L2 and the mean free path λ of ions of gas molecules is more preferably 0.2×λ≦L2≦50×λ, most preferably 0.5×λ≦L2 30×λ. preferable.

例えば、ガスとして水素ガスを用いた場合、距離L2と水素イオンの平均自由行程λとが前記式の条件を満たすとこで、基板106に照射される時点では水素ラジカルを主体とした反応性ガスGAとすることができる。水素イオンの平均自由行程λは、水素イオンの粒子径を0.038 nmとしたときに、10 Paの圧力下で64 mmと計算されるので、前記式は6.4 mm≦L2≦6400 mmとなる。ここで、水素ラジカルを主体とした反応性ガスGAとは、水素イオンに対して、水素ラジカルの濃度の方が高い反応性ガスGAのことである。 For example, when hydrogen gas is used as the gas, when the distance L 2 and the mean free path λ of hydrogen ions satisfy the conditions of the above formula, the reactive gas mainly composed of hydrogen radicals is emitted to the substrate 106. It can be GA . The mean free path λ of hydrogen ions is calculated to be 64 mm under a pressure of 10 Pa when the particle diameter of hydrogen ions is 0.038 nm. Here, the reactive gas GA mainly composed of hydrogen radicals is a reactive gas GA in which the concentration of hydrogen radicals is higher than that of hydrogen ions.

筒状の容器103と基板106との距離L1と筒状の容器103の上端103-1と基板106との距離L2との比(L2/L1)は、2以上であるのが好ましく、2.5以上であるのがより好ましく、3以上であるのが最も好ましい。この比(L2/L1)を大きくすることにより反応性ガス発生量を増やすことができるとともに、反応性ガスが基板全体へ広がりやすくなるという効果を発揮することができる。 The ratio (L 2 /L 1 ) between the distance L 1 between cylindrical container 103 and substrate 106 and the distance L 2 between upper end 103-1 of cylindrical container 103 and substrate 106 is 2 or more. Preferably, it is 2.5 or more, and most preferably 3 or more. By increasing this ratio (L 2 /L 1 ), it is possible to increase the amount of reactive gas generated, and to exhibit the effect of facilitating the spread of the reactive gas over the entire substrate.

また反応性ガス発生室101と基板処理室102との接続部分において、基板処理室102が反応性ガス発生室101に開口する開口部の開口径が、筒状の容器103の開口径(2r)よりも大きいことが好ましい。このように基板処理室102の開口部102aを筒状の容器103の開口径よりも大きく構成することにより基板処理室102を構成する部材が、反応性ガスやプラズマガスに直接晒されなくなるため、これらのガスによるダメージを少なくすることができる。また、反応性ガス発生室101の開口部を絶縁体により構成することでも同様な効果を発揮することができる。 Further, at the connecting portion between the reactive gas generation chamber 101 and the substrate processing chamber 102, the opening diameter of the opening where the substrate processing chamber 102 opens to the reactive gas generation chamber 101 is equal to the opening diameter (2r) of the cylindrical container 103. is preferably greater than By making the opening 102a of the substrate processing chamber 102 larger than the diameter of the opening of the cylindrical container 103 in this way, the members constituting the substrate processing chamber 102 are not directly exposed to the reactive gas or plasma gas. Damage caused by these gases can be reduced. A similar effect can also be achieved by forming the opening of the reactive gas generation chamber 101 with an insulator.

筒状の容器103と基板106との関係を以上のような構成にすることにより、基板106の表面に、密度が1×1014個/cm3以上、好ましくは1×1015個/cm3以上のラジカルを含む反応性ガスGAを照射することができる。このとき、基板106の温度が0~400℃の範囲で一定に保持できるように、保持台107に保温手段又は冷却手段が備えられているのが好ましい。 By configuring the relationship between the cylindrical container 103 and the substrate 106 as described above, the surface of the substrate 106 has a density of 1×10 14 pieces/cm 3 or more, preferably 1×10 15 pieces/cm 3 . The reactive gas G A containing the above radicals can be irradiated. At this time, it is preferable that the holding table 107 is provided with heat retaining means or cooling means so that the temperature of the substrate 106 can be kept constant within the range of 0 to 400.degree.

(2)筒状の容器と基板との関係
(a)回転軸Rと中心軸Cとが平行に配置されている場合
反応性ガスGAは筒状であるため、反応性ガスGAをガス供給口104側から基板に向かって見た場合、中心部分の濃度が低く、筒状容器の内壁近くの濃度が高い形状となる。例えば、図1(a)及び図1(b)に示すように、円筒状の容器を有する装置を用いた場合、A-A断面における反応性ガスGAの形状は、図3に示すようなリング形状となる。反応性ガスGAは、軸と垂直な方向へ拡散しながら、基本的にこのような断面リング形状をほぼ保ったまま基板表面に照射される。このため、保持台107の回転軸Rが筒状の容器103の中心軸Cに一致するように保持台107と筒状の容器103とを配置した場合、筒状の容器103の中心軸C周りに反応性ガスGAがほとんど存在しないので、図4(a)に示すように、基板106の回転軸Rの周りには反応性ガスGAが十分に照射されず基板表面の改質を行うことができない。従って、保持台107の回転軸Rと筒状の容器103の中心軸Cとが同一直線上にないようにずらして配置する。回転軸Rと中心軸Cとをずらすことにより、例えば、図4(b)に示すように、断面リング形状の反応性ガスGAが、回転軸Rと基板106の縁部分を含むように基板106上に照射されるので、回転軸Rを中心に基板106を回転させることで、基板106上に全体にわたって反応性ガスGAが照射される。
(2) Relationship between cylindrical container and substrate
(a) When the rotation axis R and the central axis C are arranged in parallel Since the reactive gas G A is cylindrical, when the reactive gas G A is viewed from the gas supply port 104 side toward the substrate , the concentration is low in the central portion and the concentration is high near the inner wall of the cylindrical container. For example, as shown in FIGS. 1(a) and 1(b), when a device having a cylindrical container is used, the shape of the reactive gas G A in the AA cross section is a ring shape as shown in FIG. becomes. The reactive gas G A diffuses in the direction perpendicular to the axis, and basically irradiates the substrate surface while maintaining such a ring shape in cross section. Therefore, when the holder 107 and the cylindrical container 103 are arranged so that the rotation axis R of the holder 107 coincides with the central axis C of the cylindrical container 103, the cylindrical container 103 rotates around the central axis C. Since there is almost no reactive gas G A in the substrate 106, as shown in FIG. I can't. Therefore, the rotation axis R of the holding table 107 and the central axis C of the tubular container 103 are shifted so as not to be on the same straight line. By shifting the rotation axis R and the central axis C , for example, as shown in FIG. Since the substrate 106 is rotated around the rotation axis R, the substrate 106 is entirely irradiated with the reactive gas GA .

保持台107を1回転させたときに保持台107に照射される筒状の反応性ガスGAの軌跡の形状が、保持台107を1回転させたときに基板106が描く軌跡の形状を含むように基板106及び筒状の容器103が配置されているのが好ましい。以下に、円形の基板106を用いて、基板106中心を保持台107の回転軸Rに一致させて配置したときの、基板106と断面リング形状の反応性ガスGAとの関係を示しながら説明する。ここで、基板106中心を保持台107の回転軸Rに一致させて配置したので、保持台107を1回転させたときに基板106が描く軌跡の形状は円形の基板106の形状そのものである。 The shape of the trajectory of the cylindrical reactive gas G A irradiated onto the holding table 107 when the holding table 107 is rotated once includes the shape of the trajectory drawn by the substrate 106 when the holding table 107 is rotated once. It is preferable that the substrate 106 and the cylindrical container 103 are arranged as shown. Below, the relationship between the circular substrate 106 and the reactive gas G A having a ring-shaped cross section will be described when the substrate 106 is arranged so that the center of the substrate 106 coincides with the rotation axis R of the holding table 107. do. Here, since the center of the substrate 106 is aligned with the rotation axis R of the holding table 107, the shape of the trajectory drawn by the substrate 106 when the holding table 107 is rotated once is the circular shape of the substrate 106 itself.

断面リング形状の反応性ガスGAは、筒状の容器103の半径rとほぼ同じ半径を有しているので、前述した、筒状の反応性ガスGAの軌跡の形状が、基板106が描く軌跡の形状(ここでは、基板106の形状)を含むようにするためには、図4(b)に示すように、保持台107の回転軸Rと筒状の容器103の中心軸Cとの距離dがd≦rを満たし、かつ基板106の半径rsがrs≦2rを満たすようにするのが好ましい。d>rである場合は、図4(c)に示すように、基板106の中心軸Rの周りに反応性ガスGAが照射されなくなり、d≦rを満たすがrs>2rである場合は、図4(d)に示すように、基板106の縁部分に反応性ガスGAが照射されなくなる。 Since the reactive gas G A having a ring-shaped cross section has a radius substantially the same as the radius r of the cylindrical container 103, the shape of the trajectory of the cylindrical reactive gas G A described above is the same as that of the substrate 106. In order to include the shape of the locus to be drawn (here, the shape of the substrate 106), as shown in FIG. d satisfies d≦r, and the radius r s of the substrate 106 satisfies r s ≦2r. When d>r, as shown in FIG. 4(c), the reactive gas G A is not irradiated around the central axis R of the substrate 106, and d≦r is satisfied, but r s >2r. 4(d), the edge portion of the substrate 106 is no longer irradiated with the reactive gas GA .

反応性ガスGAの半径、すなわち、筒状の容器103の半径rは大きければ大きいほどd≦r及びrs≦2rを満たしやすくなるが、筒状の容器103の半径rを必要以上に大きくしても、図4(e)に示すように、基板106以外の部分に照射される反応性ガスGAが増えるばかりなので、筒状の容器103の半径rは、d≦r≦1.2×d及びrs≦2r≦1.2×rsであるのがより好ましく、d=r及びrs=2rであるのが最も好ましい。 The larger the radius of the reactive gas G A , that is, the radius r of the tubular container 103, the easier it is to satisfy d≦r and r s ≦2r. However, as shown in FIG. 4(e), the amount of reactive gas G A that is irradiated to the portion other than the substrate 106 only increases, so the radius r of the cylindrical container 103 is d≦r≦1.2×d and r s ≦2r≦1.2×r s and most preferably d=r and r s =2r.

(b)回転軸Rと中心軸Cとが傾いて配置されている場合
回転軸Rと中心軸Cとは平行に配置されている必要はなく、回転軸Rと中心軸Cとが0~60°の角度をなして配置されていても良い。例えば、図5に示す基板処理装置200ように、筒状の容器103の軸方向を保持台107(基板106)に対してα度傾斜させて配置することにより、基板106上に照射される反応性ガスGAの形状が傾斜方向に広がるので、より広い範囲に反応性ガスGAを照射することができる。円柱状の容器103を用いた場合、図6に示すように、基板106上に照射される反応性ガスGAの形状は楕円形状となるので、d≦r及びrs≦2rを満たさない場合でも、基板106の中心部分(図では回転軸R)及び基板106の縁部分に反応性ガスGAを照射することが可能となる。回転軸Rと中心軸Cとのなす角度は、5~50°であるのが更に好ましく、10~40°であるのが最も好ましい。角度が小さすぎると、分布が好ましくない。大きすぎると、基板に照射されない割合が増え好ましくない。
(b) When the rotation axis R and the central axis C are arranged at an angle It may be arranged at an angle of °. For example, as in the substrate processing apparatus 200 shown in FIG. Since the shape of the reactive gas G A expands in the direction of inclination, a wider range can be irradiated with the reactive gas G A. When the cylindrical container 103 is used, as shown in FIG. 6, the reactive gas G A irradiated onto the substrate 106 has an elliptical shape. However, it is possible to irradiate the reactive gas G A to the central portion of the substrate 106 (the rotation axis R in the drawing) and the edge portion of the substrate 106 . The angle between the rotation axis R and the central axis C is more preferably 5-50°, most preferably 10-40°. If the angle is too small, the distribution is unfavorable. If it is too large, the ratio of non-irradiation to the substrate increases, which is not preferable.

(c)反応性ガスの均一性
基板106表面を効率よく改質処理するためには、発生する反応性ガスGAができるだけ均一に基板106上に照射されるように筒状の容器103のサイズ(直径等)、基板106までの距離、基板106に対する角度等を設定するのが好ましい。実際に基板106表面に照射される反応性ガスGAの量は、筒状の反応性ガスGAを基板106に照射した状態で保持台107を1回転させたときに積算される量である。ここで、基板106に照射される反応性ガスGAの積算量が最も多い点での積算量をPMAX、最も少ない点での積算量をPMINとしたとき、0.5≦PMIN/PMAX≦1であるのが好ましい。すなわち、基板106上で反応性ガスGAの照射量が最も少ない点での照射量PMINが最も多い点での照射量PMAXに対して50%以上とするのが好ましい。PMIN/PMAXの下限はより好ましくは0.6、更に好ましくは0.7、最も好ましくは0.8である。
(c) Uniformity of Reactive Gas In order to efficiently modify the surface of the substrate 106, the size of the cylindrical container 103 is such that the generated reactive gas G A is irradiated onto the substrate 106 as uniformly as possible. (diameter, etc.), the distance to the substrate 106, the angle with respect to the substrate 106, etc. are preferably set. The amount of the reactive gas G A that is actually applied to the surface of the substrate 106 is the amount that is integrated when the holding base 107 is rotated once while the substrate 106 is being irradiated with the cylindrical reactive gas G A. . Here, when P MAX is the integrated amount at the point where the integrated amount of the reactive gas G A irradiated onto the substrate 106 is the largest, and P MIN is the integrated amount at the point where it is the smallest, 0.5≦P MIN /P MAX ≤1 is preferred. That is, it is preferable that the irradiation amount P MIN at the point where the irradiation amount of the reactive gas GA is the smallest on the substrate 106 is 50% or more of the irradiation amount P MAX at the point where the irradiation amount is the largest. The lower limit of P MIN /P MAX is more preferably 0.6, still more preferably 0.7, and most preferably 0.8.

基板106上に照射される反応性ガスGAをできるだけ均一にする、すなわち、PMIN/PMAXの値をできるだけ大きくするためには、前述したように、筒状の容器103のサイズ(直径等)、基板106までの距離、基板106に対する角度を好ましく設定する以外に、筒状の容器103の断面形状を変更することによっても可能である。図1(a)及び図1(b)に示す筒状の容器103は円筒形であるが、筒状の容器103は円筒形に限らず、断面が多角形の筒状、又は楕円系の筒状であっても良い。例えば、基板106表面に照射される反応性ガスGAの形状が、図7(a)~図7(c)に示すように三角形をベースにした形状となるような筒状の容器を用いても良い。 In order to make the reactive gas G A irradiated onto the substrate 106 as uniform as possible, that is, to maximize the value of P MIN /P MAX , the size (diameter, etc.) of the cylindrical container 103 is adjusted as described above. ), the distance to the substrate 106, and the angle with respect to the substrate 106 are preferably set. The cylindrical container 103 shown in FIGS. 1(a) and 1(b) has a cylindrical shape, but the cylindrical container 103 is not limited to a cylindrical shape. It may be in the form of For example, using a cylindrical container in which the reactive gas G A irradiated onto the surface of the substrate 106 has a triangular-based shape as shown in FIGS. 7(a) to 7(c). Also good.

さらに図8に示す基板処理装置300のように、2つの筒状の容器103をそれぞれ基板に対して傾斜して配置した構成も有効である。この装置を用いたときに基板106表面に照射される反応性ガスGAの形状は図9のようにめがね型となる。 Furthermore, as in the substrate processing apparatus 300 shown in FIG. 8, a configuration in which two cylindrical containers 103 are arranged to be inclined with respect to the substrates is also effective. When this apparatus is used, the reactive gas G A irradiated onto the surface of the substrate 106 has a spectacle shape as shown in FIG.

また基板106表面に照射される反応性ガスGAの形状が図10(a)及び図10(b)に示す大小2つのリング形状及び大小2つの三角形をベースにした形状となるように、大きさの異なる2つの円筒状又は三角形の筒状の容器を配置した構成なども有効である。 Also, the shape of the reactive gas G A irradiated onto the surface of the substrate 106 was set to a shape based on two large and small rings and two large and small triangles shown in FIGS. 10(a) and 10(b). A configuration in which two cylindrical or triangular tubular containers with different heights are arranged is also effective.

[2]基板処理方法
本発明の基板処理方法は、前述した反応性ガス発生室とそれに連接する基板処理室を備えた基板処理装置(例えば、図1(a)及び図1(b)に示す装置)を用いて行う。すなわち、本発明の基板処理方法は、絶縁体からなる筒状の容器103に、筒状の容器103に設けられたガス供給口104からガスGを供給するとともに、筒状の容器103の側方に設けられたマイクロ波導入口105からマイクロ波Mを導入し、筒状の容器103の内部に筒状の反応性ガスGAを発生させ、反応性ガス発生室101に接続された基板処理室102に筒状の反応性ガスGAを供給するとともに、ガスを基板処理室102に設けられたガス排気口108から排気しながら、基板処理室内102の保持台107に保持された被処理物である基板106に筒状の反応性ガスGAを照射することによって基板の表面処理を行う方法であって、
筒状の容器103と基板106との距離が1 mm以上1000 mm以下であり、
保持台107が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、回転軸Rと筒状の容器103の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする(図1(a)及び図1(b)を参照)。
[2] Substrate processing method A substrate processing method of the present invention includes a substrate processing apparatus (for example, shown in Figs. device). That is, in the substrate processing method of the present invention, a cylindrical container 103 made of an insulating material is supplied with a gas G from a gas supply port 104 provided in the cylindrical container 103, and a gas is supplied to the side of the cylindrical container 103. Microwaves M are introduced from a microwave introduction port 105 provided in the substrate processing chamber 102 to generate a cylindrical reactive gas GA inside a cylindrical container 103, and connected to the reactive gas generation chamber 101. While supplying a cylindrical reactive gas G A to the substrate processing chamber 102 and exhausting the gas from a gas exhaust port 108 provided in the substrate processing chamber 102, the object to be processed is held on the holding table 107 in the substrate processing chamber 102. A method of surface-treating a substrate by irradiating the substrate 106 with a tubular reactive gas GA, comprising:
the distance between cylindrical container 103 and substrate 106 is 1 mm or more and 1000 mm or less,
The holding base 107 is rotatably provided around a predetermined rotation axis R, and the rotation axis R and the central axis C of the cylindrical container 103 are not on the same straight line (Fig. 1). (a) and Figure 1(b)).

反応性ガスGAの照射は、例えば、5~50 Paの圧力に保った筒状の容器103に、ガス供給口104から30 sccmの流量で水素ガスを供給しながら、マイクロ波導入口105から2450 MHz及び800W/cm2のマイクロ波Mを導入し、筒状の容器103内で定在波状態とされたマイクロ波によって筒状の容器103内部に筒状の反応性ガスGAを発生させ、0~400℃に保った基板106に、保持台107を回転させながら、密度が5×1014個/cm3以上のラジカルを含む反応性ガスGAを1~20分照射することによって行う。これによりラジカルの照射時間と密度との積が基板106上において25×1014分・個/cm3以上とできる。反応性ガスGAと基板106の表面との間の電位差は、10 V以下であるのが好ましい。処理後の反応性ガスGAと及び余剰の水素ガスはガス排気口108から排気される。なおラジカルの照射密度は、公知の手法によって決定することができる(T. Arai el al. (2016) "Selective Heating of Transition Metal Usings Hydrogen Plasma and Its Application to Formation of Nickel Silicide Electrodes for Silicon Ultralarge-Scale Integration Devices" Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 2016, 4, 29-33)。 Irradiation of the reactive gas G A is performed, for example, by supplying hydrogen gas at a flow rate of 30 sccm from the gas supply port 104 to the cylindrical container 103 maintained at a pressure of 5 to 50 Pa, and A microwave M of MHz and 800 W/cm 2 is introduced, and a cylindrical reactive gas G A is generated inside the cylindrical container 103 by the microwave in a standing wave state in the cylindrical container 103, The substrate 106 kept at 0 to 400° C. is irradiated with a reactive gas GA containing radicals with a density of 5×10 14 /cm 3 or more for 1 to 20 minutes while rotating the holding table 107 . As a result, the product of the irradiation time and the density of radicals on the substrate 106 can be 25×10 14 minutes/cm 3 or more. The potential difference between the reactive gas G A and the surface of the substrate 106 is preferably 10 V or less. The post-processed reactive gas G A and surplus hydrogen gas are exhausted from the gas exhaust port 108 . Radical irradiation density can be determined by a known method (T. Arai el al. (2016) "Selective Heating of Transition Metal Usings Hydrogen Plasma and Its Application to Formation of Nickel Silicide Electrodes for Silicon Ultralarge-Scale Integration Devices" Journal of Materials Science and Chemical Engineering, 2016, 4, 29-33).

ガスは、水素ラジカルを発生させるという観点から、水素ガスを用いるが、水素ガス以外の他の成分を含んでいてもよい。水素ガス以外の成分としては、窒素、酸素、二酸化炭素、アンモニア、希ガス類(ヘリウム・ネオン・アルゴン等)などが挙げられる。筒状の容器103としては、例えば石英製の誘電体管を用いることができる。保持台107は回転可能に保持されているとともに、温度を調節することが可能である。 As the gas, hydrogen gas is used from the viewpoint of generating hydrogen radicals, but it may contain other components than hydrogen gas. Components other than hydrogen gas include nitrogen, oxygen, carbon dioxide, ammonia, and rare gases (helium, neon, argon, etc.). As the tubular container 103, for example, a dielectric tube made of quartz can be used. The holding base 107 is rotatably held and is capable of adjusting the temperature.

筒状の容器103内は5~50 Paの圧力に保つのが好ましい。筒状の容器103内を5 Pa以上に保つことにより、反応性ガスGAと基板106との間の電位差を10 V以下にすることが容易になり、イオン性活性種が基板106に与えるダメージを抑制することができる。筒状の容器103内を50 Pa以下に保つことにより、水素ラジカルの平均自由行程を比較的長く保つことができ、発生した水素ラジカルを有効に活用して基板106の表面処理を効率よく行うことができる。 A pressure of 5 to 50 Pa is preferably maintained inside the cylindrical container 103 . By keeping the inside of the cylindrical container 103 at 5 Pa or more, the potential difference between the reactive gas G A and the substrate 106 can be easily reduced to 10 V or less, and the damage caused to the substrate 106 by the ionic active species is reduced. can be suppressed. By keeping the inside of the cylindrical container 103 at 50 Pa or less, the mean free path of the hydrogen radicals can be kept relatively long, and the generated hydrogen radicals can be effectively used to efficiently perform the surface treatment of the substrate 106. can be done.

ガスの供給速度は、0.01~1000 sccmであるのが好ましい。より好ましくは、0.05~200 sccm、更に好ましくは0.1~100 sccmである。ガスの供給速度が0.01 sccmより小さいと反応性ガス濃度が高まらず、1000 sccmより大きいと排気がおいつかず圧力が不安定になる。 The gas supply rate is preferably 0.01 to 1000 sccm. More preferably 0.05 to 200 sccm, more preferably 0.1 to 100 sccm. If the gas supply rate is less than 0.01 sccm, the reactive gas concentration will not increase, and if it is greater than 1000 sccm, exhaust will not occur and the pressure will become unstable.

ガスの排気速度は、1~10000 L/分であるのが好ましい。より好ましくは10~2000 L/分であり、更に好ましくは50~1000 L/分である。ガスの排気速度が1 L/分より小さいと排気に時間がかかり、10000 L/分より大きいとコストがかかりすぎる。 The gas exhaust rate is preferably 1 to 10000 L/min. More preferably 10 to 2000 L/min, still more preferably 50 to 1000 L/min. If the gas pumping speed is less than 1 L/min, the pumping takes a long time, and if it is more than 10000 L/min, the cost is too high.

マイクロ波の出力は、1~50000 W/cm2とするのが好ましい。より好ましくは5~5000 W/cm2であり、更に好ましくは10~500 W/cm2である。1 W/cm2より小さいと、反応性ガス生成が少なくなり、50000 W/cm2より大きいとコストがかかりすぎる。 The microwave power is preferably 1 to 50000 W/cm 2 . It is more preferably 5 to 5000 W/cm 2 and even more preferably 10 to 500 W/cm 2 . Below 1 W/cm 2 the reactive gas production is low and above 50000 W/cm 2 is too costly.

処理時間は、0.001~100分であるのが好ましい。より好ましくは0.01~50、更に好ましくは0.05~20分である。処理時間が0.001分より短いと効果が少なくなり、100分より長いと生産性が悪化する。 The treatment time is preferably 0.001 to 100 minutes. More preferably 0.01 to 50 minutes, still more preferably 0.05 to 20 minutes. If the treatment time is shorter than 0.001 minutes, the effect will be reduced, and if it is longer than 100 minutes, the productivity will deteriorate.

保持台107を回転速度は、0.1~10000 rpmであるのが好ましい。より好ましくは1~1000 rpmであり、更に好ましくは10~200 rpmである。回転速度が0.1 rpmより遅いとムラが生じ、10000 rpmより速いと機械耐久性が低下する。 The rotation speed of the holding table 107 is preferably 0.1 to 10000 rpm. More preferably 1 to 1000 rpm, still more preferably 10 to 200 rpm. If the rotational speed is slower than 0.1 rpm, unevenness will occur, and if it is faster than 10000 rpm, the mechanical durability will be reduced.

被処理物として、プラズマCVDにより成膜された酸化ケイ素からなる絶縁膜を最上層に設けた基板106を用いて処理した場合、水素ラジカル(H*)を主体とする反応性ガスGAによって、酸化ケイ素膜中に存在するSi-H結合及びSi-OH結合を減少させ、Si-O-Si結合を増加させ、高密度の酸化ケイ素膜とすることができる(下記反応式を参照)。
<反応式>
Si-H + H* → Si- + H2
Si-OH + H* → Si-O- + H2、及び
Si- + Si-O- → Si-O-Si
このように、SiO2の密度の高い酸化ケイ素膜とすることにより、高い絶縁性を有する絶縁膜を得ることができる。
When a substrate 106 having an insulating film made of silicon oxide deposited by plasma CVD as the uppermost layer is used as the object to be processed, the reactive gas G A mainly composed of hydrogen radicals (H*) causes Si--H bonds and Si--OH bonds present in the silicon oxide film are reduced, Si--O--Si bonds are increased, and a high-density silicon oxide film can be obtained (see the reaction formula below).
<Reaction formula>
Si-H + H* → Si- + H2,
Si-OH + H* → Si-O- + H2, and
Si- + Si-O- → Si-O-Si
By forming a silicon oxide film having a high density of SiO 2 in this manner, an insulating film having high insulating properties can be obtained.

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されるものではない。 The present invention will be explained in more detail by the following examples, but the invention is not limited thereto.

実施例1
図2に記載の装置を用いて、半導体からなる基板106上に形成されたSiO2絶縁膜の改質処理を行った。このSiO2絶縁膜は、モノシランガスと窒素ガスとを使用したプラズマCVDにより形成し、厚さ:20 nm及び絶縁破壊電界強度:1 MV/cm以下であった。この装置において、筒状の容器103は石英製の内容器103aと内容器103aに対して外側に同心状に配置された石英製の外容器103bとからなる二重構造であり、内容器103aは内径が50 mmであり、外容器103bは内径100 mmであった。筒状の容器103と基板106との距離L1は50 mm、筒状の容器103の上端103-1と基板106との距離L2は250 mmとした。
Example 1
The apparatus shown in FIG. 2 was used to modify the SiO 2 insulating film formed on the substrate 106 made of a semiconductor. This SiO 2 insulating film was formed by plasma CVD using monosilane gas and nitrogen gas, and had a thickness of 20 nm and a dielectric breakdown electric field strength of 1 MV/cm or less. In this apparatus, the cylindrical container 103 has a double structure consisting of an inner container 103a made of quartz and an outer container 103b made of quartz arranged concentrically outside the inner container 103a. The inner diameter was 50 mm, and the outer container 103b had an inner diameter of 100 mm. The distance L1 between the cylindrical container 103 and the substrate 106 was 50 mm, and the distance L2 between the upper end 103-1 of the cylindrical container 103 and the substrate 106 was 250 mm.

反応性ガスGAの照射は、20 Paの圧力に保った筒状の容器103に、ガス供給口104から10 sccmの流量で水素ガスを供給しながら、マイクロ波導入口105から2450 MHz及び800 W/cm2のマイクロ波Mを導入し、筒状の容器103内で定在波状態とされたマイクロ波によって筒状の容器103内部に筒状の反応性ガスGAを発生させ、100℃に保った基板106に、保持台107を30 rpmで回転させながら、密度が5×1014個/cm3以上の水素ラジカルを含む反応性ガスGAを5分照射することによって行った。これにより水素ラジカルの照射時間と密度との積が基板106上において25×1014分・個/cm3以上となった。 Irradiation of the reactive gas G A was carried out at 2450 MHz and 800 W from the microwave inlet 105 while supplying hydrogen gas at a flow rate of 10 sccm from the gas supply port 104 to the tubular container 103 maintained at a pressure of 20 Pa. /cm 2 microwaves M are introduced, and the microwaves are in a standing wave state in the cylindrical container 103 to generate a cylindrical reactive gas G A inside the cylindrical container 103, The held substrate 106 was irradiated with a reactive gas GA containing hydrogen radicals having a density of 5×10 14 /cm 3 or more for 5 minutes while rotating the holding table 107 at 30 rpm. As a result, the product of the irradiation time and the density of hydrogen radicals on the substrate 106 was 25×10 14 min·pieces/cm 3 or more.

以上にように水素ラジカルを含む反応性ガスGAを照射することによってプラズマCVDにより形成したSiO2絶縁膜が改質され、絶縁破壊電界強度が7 MV/cmであり、リークなどが生じにくい良好な絶縁膜が得られた。 As described above, the SiO 2 insulating film formed by plasma CVD is modified by irradiating the reactive gas GA containing hydrogen radicals, and the dielectric breakdown electric field strength is 7 MV/cm. A good insulating film was obtained.

100・・・基板処理装置
101・・・反応性ガス発生室
102・・・基板処理室
103・・・筒状の容器
103-1・・・上端
103-2・・・下端
C・・・中心軸
106a・・・表面
103a・・・内容器
103b・・・外容器
104・・・ガス供給口
105・・・マイクロ波導入口
106・・・基板
106a・・・表面
107・・・保持台
R・・・回転軸
108・・・ガス排気口
G・・・ガス
GA・・・反応性ガス
100・・・Substrate processing equipment
101 Reactive gas generation chamber
102 Substrate processing chamber
103 Cylindrical container
103-1・・・Top end
103-2・・・Lower end
C・・・Center axis
106a surface
103a Inner container
103b... Outer container
104 Gas supply port
105 Microwave inlet
106 Substrate
106a surface
107 Holding table
R・・・Rotating axis
108 Gas exhaust port
G gas
G A Reactive gas

さらに、筒状の容器103の上端103-1と基板106との距離L2、及び前記反応性ガスG A 中のイオンの平均自由行程λが、式:
0.1×λ≦L2≦100×λ
[ただし、L2は前記筒状の容器の上端と下端との距離(L2-L1)+1 mmよりも大きい。]
を満たすのが好ましい。この条件を満たすことにより、反応性ガスGAが基板106に照射される時点で、反応性ガスGA中のイオンや電子の化学種がある程度失活し、絶縁膜の表面改質に有効なラジカル種の濃度を高めることができる。
Furthermore, the distance L 2 between the upper end 103-1 of the cylindrical container 103 and the substrate 106 and the mean free path λ of the ions in the reactive gas GA are expressed by the formula:
0.1×λ≦L2 100×λ
[However, L 2 is greater than the distance between the upper end and the lower end of the tubular container (L 2 −L 1 )+1 mm. ]
is preferably satisfied. By satisfying this condition, when the substrate 106 is irradiated with the reactive gas GA , chemical species such as ions and electrons in the reactive gas GA are deactivated to some extent, which is effective for surface modification of the insulating film. The concentration of radical species can be increased.

Claims (19)

(a)絶縁体からなる筒状の容器と、
前記筒状の容器にガスを供給するガス供給口と、
前記筒状の容器の側方に設けられたマイクロ波導入口とを備え、筒状の反応性ガスを発生させるための反応性ガス発生室と、
(b)前記反応性ガス発生室に接続され、
前記反応性ガス発生室で発生した前記筒状の反応性ガスが被処理物である基板に照射されるよう前記基板を保持するための保持台と、
前記ガスを排気するガス排気口とを備えた基板処理室と
を有する基板処理装置であって、
前記筒状の容器と前記基板との距離L1が1 mm以上1000 mm以下であり、
前記保持台が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、前記回転軸Rと前記筒状の容器の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする基板処理装置。
(a) a tubular container made of an insulating material;
a gas supply port for supplying gas to the tubular container;
a reactive gas generation chamber for generating a cylindrical reactive gas, comprising a microwave introduction port provided on the side of the cylindrical container;
(b) connected to the reactive gas generation chamber;
a holding table for holding the substrate so that the cylindrical reactive gas generated in the reactive gas generation chamber is irradiated onto the substrate, which is an object to be processed;
and a substrate processing chamber having a gas exhaust port for exhausting the gas,
a distance L1 between the cylindrical container and the substrate is 1 mm or more and 1000 mm or less;
The substrate processing, wherein the holding table is rotatably provided around a predetermined rotation axis R, and the rotation axis R and the central axis C of the cylindrical container are not on the same straight line. Device.
請求項1に記載の基板処理装置において、
前記筒状の容器の上端と前記基板との距離L2、及び前記ガス分子のイオンの平均自由行程λが、式:
0.1×λ≦L2≦100×λ
[ただし、L2は前記筒状の容器の上端と下端との距離(L2-L1)+1 mmよりも大きい。]
ことを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to claim 1,
The distance L 2 between the upper end of the cylindrical container and the substrate and the mean free path λ of the ions of the gas molecules are expressed by the formula:
0.1×λ≦L2 100×λ
[However, L 2 is greater than the distance between the upper end and the lower end of the tubular container (L 2 −L 1 )+1 mm. ]
A substrate processing apparatus characterized by:
請求項1又は2に記載の基板処理装置において、
前記反応性ガスにより形成されるラジカルの密度が前記基板上において1×1014個/cm3以上であることを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to claim 1 or 2,
A substrate processing apparatus, wherein the density of radicals formed by the reactive gas is 1×10 14 /cm 3 or more on the substrate.
請求項1~3のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記保持台を1回転させたときに前記保持台に照射される前記筒状の反応性ガスの軌跡の形状が、前記保持台を1回転させたときに前記基板が描く軌跡の形状を含むように前記基板及び前記筒状の容器が配置されていることを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The shape of the trajectory of the tubular reactive gas irradiated to the holding table when the holding table is rotated once includes the shape of the trajectory drawn by the substrate when the holding table is rotated once. A substrate processing apparatus, wherein the substrate and the cylindrical container are arranged in the .
請求項1~4のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記筒状の反応性ガスを前記基板に照射した状態で前記保持台を1回転させたときに、前記基板に照射される反応性ガスの積算量が最も多い点での積算量をPMAX、最も少ない点での積算量をPMINとしたとき、0.5≦PMIN/PMAX≦1であることを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 4,
P MAX is the integrated amount of the reactive gas at the point where the integrated amount of the reactive gas irradiated to the substrate is the largest when the holding table is rotated once while the substrate is irradiated with the cylindrical reactive gas, A substrate processing apparatus, wherein 0.5≦P MIN /P MAX ≦1, where P MIN is the integrated amount at the smallest point.
請求項1~5のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記回転軸Rと前記中心軸Cとが、0~60°の角度をなしていることを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 5,
A substrate processing apparatus, wherein the rotation axis R and the central axis C form an angle of 0 to 60°.
請求項1~6のいずれかに記載の基板処理装置において、
前記筒状の容器に供給する前記ガスが水素であることを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to any one of claims 1 to 6,
A substrate processing apparatus, wherein the gas supplied to the cylindrical container is hydrogen.
請求項7に記載の基板処理装置において、
前記筒状の反応性ガスは、前記基板に照射される時点では水素ラジカルを主体とする反応性ガスであることを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to claim 7,
The substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the tubular reactive gas is a reactive gas mainly composed of hydrogen radicals when the substrate is irradiated with the reactive gas.
請求項8に記載の基板処理装置において、
前記基板が、最上層にプラズマCVDにより成膜された絶縁膜を有する基板であり、前記水素ラジカルの照射により前記絶縁膜の表面改質を行うことを特徴とする基板処理装置。
In the substrate processing apparatus according to claim 8,
1. A substrate processing apparatus according to claim 1, wherein the substrate has an insulating film formed by plasma CVD as an uppermost layer, and the surface of the insulating film is modified by irradiation with the hydrogen radicals.
絶縁体からなる筒状の容器に、前記筒状の容器に設けられたガス供給口からガスを供給するとともに、前記筒状の容器の側方に設けられたマイクロ波導入口からマイクロ波を導入し、前記筒状の容器の内部に筒状の反応性ガスを発生させ、
前記筒状の容器に接続された基板処理室に前記筒状の反応性ガスを供給するとともに、前記ガスを前記基板処理室に設けられたガス排気口から排気しながら、前記基板処理室内の保持台に保持された被処理物である基板に前記筒状の反応性ガスを照射することによって前記基板の表面処理を行う基板処理方法であって、
前記筒状の容器と前記基板との距離L1が1 mm以上1000 mm以下であり、
前記保持台が、所定の回転軸Rを中心に回転可能に設けられているとともに、前記回転軸Rと前記筒状の容器の中心軸Cとが同一直線上にないことを特徴とする基板処理方法。
Gas is supplied to a cylindrical container made of an insulator from a gas supply port provided in the cylindrical container, and microwaves are introduced from a microwave inlet provided on the side of the cylindrical container. , generating a tubular reactive gas inside the tubular container;
While supplying the cylindrical reactive gas to the substrate processing chamber connected to the cylindrical container and exhausting the gas from a gas exhaust port provided in the substrate processing chamber, holding the substrate in the substrate processing chamber A substrate processing method for subjecting a substrate, which is an object to be processed and held on a table, to surface processing of the substrate by irradiating the cylindrical reactive gas onto the substrate,
a distance L1 between the cylindrical container and the substrate is 1 mm or more and 1000 mm or less;
The substrate processing, wherein the holding table is rotatably provided around a predetermined rotation axis R, and the rotation axis R and the central axis C of the cylindrical container are not on the same straight line. Method.
請求項10に記載の基板処理方法において、
前記筒状の容器の上端と前記基板との距離L2、及び前記の平均自由行程λが、式:
0.1×λ≦L2≦100×λ
[ただし、L2は前記筒状の容器の上端と下端との距離(L2-L1)+1 mmよりも大きい。]
を満たすことを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to claim 10,
The distance L 2 between the upper end of the cylindrical container and the substrate and the mean free path λ are expressed by the formula:
0.1×λ≦L2 100×λ
[However, L 2 is greater than the distance between the upper end and the lower end of the tubular container (L 2 −L 1 )+1 mm. ]
A substrate processing method characterized by satisfying
請求項10又は11に記載の基板処理方法において、
前記反応性ガスにより形成されるラジカルの密度が前記基板上において1×1014個/cm3以上であることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to claim 10 or 11,
A substrate processing method, wherein the density of radicals formed by the reactive gas is 1×10 14 /cm 3 or more on the substrate.
請求項10~12のいずれかに記載の基板処理方法において、
前記反応性ガスを1~20分照射したときの照射時間とラジカルの密度との積が前記基板上において25×1014分・個/cm3以上であることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to any one of claims 10 to 12,
A substrate processing method, wherein the product of the irradiation time and the density of radicals when the reactive gas is irradiated for 1 to 20 minutes is 25×10 14 min/cm 3 or more on the substrate.
請求項10~13のいずれかに記載の基板処理方法において、
前記保持台を1回転させたときに前記保持台に照射される前記筒状の反応性ガスの軌跡の形状が、前記保持台を1回転させたときに前記基板が描く軌跡の形状を含むように前記基板及び前記筒状の容器が配置されていることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to any one of claims 10 to 13,
The shape of the trajectory of the tubular reactive gas irradiated to the holding table when the holding table is rotated once includes the shape of the trajectory drawn by the substrate when the holding table is rotated once. A substrate processing method, wherein the substrate and the cylindrical container are arranged in a container.
請求項10~14のいずれかに記載の基板処理方法において、
前記筒状の反応性ガスを前記基板に照射した状態で前記保持台を1回転させたときに、前記基板に照射される反応性ガスの積算量が最も多い点での積算量をPMAX、最も少ない点での積算量をPMINとしたとき、0.5≦PMIN/PMAX≦1であることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to any one of claims 10 to 14,
P MAX is the integrated amount of the reactive gas at the point where the integrated amount of the reactive gas irradiated to the substrate is the largest when the holding table is rotated once while the substrate is irradiated with the cylindrical reactive gas, A substrate processing method, wherein 0.5≦P MIN /P MAX ≦1, where P MIN is the integrated amount at the smallest point.
請求項10~15のいずれかに記載の基板処理方法において、
前記回転軸Rと前記中心軸Cとが、0~60°の角度をなしていることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to any one of claims 10 to 15,
A substrate processing method, wherein the rotation axis R and the central axis C form an angle of 0 to 60°.
請求項10~16のいずれかに記載の基板処理方法において、
前記筒状の容器に供給する前記ガスが水素であることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to any one of claims 10 to 16,
A substrate processing method, wherein the gas supplied to the cylindrical container is hydrogen.
請求項17に記載の基板処理方法において、
前記筒状の反応性ガスは、前記基板に照射される時点では水素ラジカルを主体とする反応性ガスであることを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to claim 17,
The substrate processing method, wherein the tubular reactive gas is a reactive gas mainly composed of hydrogen radicals when the substrate is irradiated with the reactive gas.
請求項18に記載の基板処理方法において、
前記基板が、最上層にプラズマCVDにより成膜された絶縁膜を有する基板であり、前記水素ラジカルの照射により前記絶縁膜の表面改質を行うことを特徴とする基板処理方法。
In the substrate processing method according to claim 18,
A substrate processing method, wherein the substrate has an insulating film formed on the uppermost layer by plasma CVD, and the surface of the insulating film is modified by irradiation with the hydrogen radicals.
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