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JP3649378B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents

Plasma processing apparatus and plasma processing method Download PDF

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JP3649378B2
JP3649378B2 JP24062799A JP24062799A JP3649378B2 JP 3649378 B2 JP3649378 B2 JP 3649378B2 JP 24062799 A JP24062799 A JP 24062799A JP 24062799 A JP24062799 A JP 24062799A JP 3649378 B2 JP3649378 B2 JP 3649378B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板に対して成膜、加工および表面処理等を行うためのプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関し、特に、大面積の基板に対しても、均一、高品質、かつ、高速に、成膜、加工および表面処理等を行うことができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
成膜、加工、表面処理等のプラズマ処理においては、プラズマ処理の基板面内での均一化、プラズマ処理面の高品質化、およびプラズマ処理速度の高速化が望まれている。特に、近年注目を集めている薄膜Si太陽電池の製造プロセスにおいては、プラズマCVD(Chemical Vapour Deposition)法等によりガラス基板やシート状基板上にアモルファスまたは微結晶のSi薄膜が形成されるが、形成されるSi薄膜の均一化および高品質化、および成膜速度の向上に対する要求が非常に厳しい。これに加えて、近年の基板サイズの大面積化は、上記要求を一層厳しいものにしている。以下に、上記要求に応えるための従来技術について説明する。
【0003】
▲1▼大面積基板に対するプラズマ処理の均一化について
この要求に応えるためには、プラズマ空間に均一にプラズマ処理用ガスを供給して均一な放電状態を維持できる程度の小サイズのプラズマを発生させ、この小サイズのプラズマと基板とを相対的に移動させて、基板全面に対してプラズマ処理を行うことが有効である。例えば、基板長手方向におけるプラズマ発生部の長さが、その方向における基板の長さよりも短くなるような幅狭の電極を用いて、基板をその長手方向に移動させながらプラズマ処理を行う手法が知られている。この観点に基づく従来技術は、例えば特開平6−252071号公報、特開平8−277471号公報、第2589599号特許公報および第2667665号特許公報等に開示されている。
【0004】
▲2▼大面積基板に対するプラズマ処理面の高品質化について
この要求に応えるためには、プラズマ処理による反応生成物が滞留して基板に付着しないように、これを速やかに除去することが必要である。このためには、上記手法▲1▼と同様に、小サイズのプラズマを発生させる電極を用いると共に、プラズマ処理後のガスをプラズマ空間の直近で効率的に排気する手法が有効である。この観点に基づく従来技術は、例えば特開平5−343338号公報および第2589599号特許公報等に開示されている。さらに、プラズマ処理後のガスをプラズマ空間から高速に排気することも重要であるが、高速排気に関しては上記公報にも特に記載されていない。なお、プラズマ空間のサイズを小さくし、プラズマ処理後のガスを高速に配置することの重要性は、プラズマ空間内のガスの置換時間tが下記式で表されることから、理解できる。
【0005】
t=V/Q (V:プラズマ空間の体積、Q:プラズマ処理用ガスの流量)
【0006】
▲3▼プラズマ処理速度の高速化について
▲3▼−a.手法1(プラズマ処理用ガスの大流量供給)
プラズマ処理の高速化を図るためには、プラズマ処理用ガスを、処理速度に見合うだけの大流量でプラズマ空間に供給することが必要である。このためには、一対の電極を囲むようにカバー体を設けて、このカバー体に設けたガス導入口とガス排気口とによって、ガス導入口からプラズマ空間を通ってガス排気口に向かう大流量の高速ガス流を形成することが有効である。この手法によれば、カバー体によってガス流が規制されるので、プラズマ空間外へのガス流のリークを低減でき、大流量の高速ガス流を形成することができる。この観点に基づく従来技術は、例えば特開昭62−94922号公報、実開昭62−172146号公報、特開平1−309975号公報、特開平6−248457号公報および特公平7−100867号公報等に開示されている。
【0007】
▲3▼−b.手法2(プラズマ処理用ガスの高圧力化)
プラズマ処理の高速化を図るためには、上記▲3▼−aの手法1と併せて、プラズマ空間内におけるプラズマ処理用ガス中の反応ガスの分圧を高めることが有効である。なお、反応ガスとは、希釈ガスと区別して、実際にプラズマ処理に寄与するガスのことを指す。この手法は、処理速度の高速化を図るためには有効であるが、反応ガスの分圧を高めると、プラズマを安定して発生させることが困難になる。そこで、特公平6−60412号公報、第2700177号特許公報および特開平6−299358号公報等には、高い分圧の反応ガスに対して、これを大量の不活性ガスで希釈することにより、反応ガスの分圧を高めても、即ち、高圧力のプラズマ処理用ガス雰囲気下でも、安定したプラズマを発生させる手法が開示されている。これらの公報の手法によれば、反応ガスに大量の不活性ガスを加えているので、チャンバ内の反応ガスの分圧を高めてもプラズマを安定して維持し、処理速度を向上することができる。但し、この手法では、チャンバ内のプラズマ処理用ガスの圧力を高圧力としているため、一対の電極の間隔を狭くしなければプラズマを安定に発生させることができない。つまり、高圧力化で安定にプラズマを発生させるためには、一対の電極の間隔を狭くする必要がある。しかし、電極の間隔を狭くすると、ガス流の摩擦損失のために、電極間に大流量のプラズマ処理用ガスを安定して供給することが困難となる。
【0008】
以下に、上記従来の手法に基づいて、上記▲1▼〜▲3▼の各々、またはその内の2つの要求を満たすことが可能な具体的なプラズマ処理装置について説明する。
【0009】
(A)従来技術に基づく構成1(上記▲1▼および▲2▼の要求を満たすプラズマ処理装置)
上記▲1▼および▲2▼の要求を満たすプラズマ処理装置としては、例えば第2667665号特許公報に開示されている内容と特開平5−343338号公報に開示されている内容とを組み合わせた構成が考えられる。この観点に基づいたプラズマ処理装置を図17に示す。
【0010】
図17において、501はチャンバ、502は基板550と対向する第1電極、503は基板550が搭載される第2電極、504はプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に導入するガス導入口、505はプラズマ処理後のガスを排気するガス排気口である。
【0011】
このプラズマ処理装置において、ガス導入口504からチャンバ501内にプラズマ処理用ガスを導入し、第1電極502と第2電極503との間に高周波電圧を印加すると、そのプラズマ処理用ガスに基づくプラズマPが発生する。このプラズマPの作用によって基板550の第1電極502と対向する部分がプラズマ処理される。そして、プラズマ処理後のガスは、ガス排気口505から排気される。ここで、図中のX方向におけるプラズマPの長さは、その方向における基板550の長さに比べて短いが、第2電極503をX方向に移動させることにより、基板550の全面に対してプラズマ処理が施される。
【0012】
上記プラズマ処理装置において発生するプラズマPは、そのサイズが小さいため、そのプラズマ空間に均一にプラズマ処理用ガスを供給することができ、また、均一な放電状態を維持することができる。即ち、小サイズのプラズマPと対向する部分では、均一にプラズマ処理を施すことができる。そして、この均一性が良いプラズマPと対向して基板550が移動するため、大面積基板に対しても均一なプラズマ処理が可能となる。また、プラズマPはサイズ(プラズマ空間の体積)が小さく、さらに、この直近に設けたガス排気口505によってプラズマ処理後のガスが排気されるため、反応生成物がプラズマ空間中に滞留する時間が短く、プラズマ処理の高品質化を図ることができる。
【0013】
(B)従来技術に基づく構成2(上記▲3▼の要求を満たすプラズマ処理装置)
上記▲3▼の要求を満たすプラズマ処理装置として、特開平6−248457号公報に開示されている内容について、図18を参照しながら説明する。なお、この公報に開示されている内容は、上記▲3▼−aの手法1に基づくものであり、上記▲3▼−bの手法2との両立は困難である。この点については後述の
【発明が解決しよ
うとする課題】にて説明する。
【0014】
図18(a)において、601はチャンバ、602は基板650と対向する第1電極、603は基板650が搭載される第2電極、604はプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に導入するガス導入口、605はプラズマ処理後のガスを排気するガス排気口である。また、606および607は各々第1電極602と第2電極603との間の空間611を挟んで対向して設けられたガス供給手段とガス排気手段である。ガス供給手段606には多数の噴出口608が設けられ、ガス排気手段607には多数の吸引口609が設けられている。さらに、図18(a)に対して直交する方向から見た断面図である図18(b)に示すように、第2電極603にの端縁には絶縁体からなる仕切板610が立ち上げ形成されている。
【0015】
このプラズマ処理装置においては、第1電極602と第2電極603との間の空間611がガス供給手段606、ガス排気手段607および仕切板610によってボックス状に区画されている。このため、ガス導入口604から導入されたプラズマ処理用ガスを、ガス供給手段606の噴出口608からボックス状空間611に対して大流量で安定して供給することができる。そして、第1電極602と第2電極603との間に高周波電圧を印加することにより発生するプラズマPを、このボックス状空間611に閉じ込めることができる。また、プラズマ処理後のガスは、ボックス状空間611からガス排気手段607の吸引口609を通じて高速に排気することができる。
【0016】
この構成によれば、プラズマ処理用ガスが、ボックス状の空間部611以外の領域に漏れることなく、ボックス状空間611を安定に流れるので、大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定して供給し、成膜速度の高速化を図ることができる。また、プラズマ処理後のガスを高速に排気することができる。但し、この場合、プラズマは基板全面と対向しており、そのサイズが大きいので、プラズマ処理による反応生成物の滞留時間は必ずしも短い訳ではない。この点については、プラズマ空間内のガスの置換時間tが下記式で表されることから、理解できる。
【0017】
t=V/Q (V:プラズマ空間の体積、Q:プラズマ処理用ガスの流量)
【0018】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術は、いずれも、上記▲1▼〜▲3▼の各々、またはその内の2つの要求を満たすことは可能であるが、▲1▼〜▲3▼の要求を全て満足することはできなかった。以下に、従来技術の課題を具体的に説明する。
【0019】
(A)上記構成1の課題について
図17に示したプラズマ処理装置の構成は、特に、大面積の基板に対して、基板面内のプラズマ処理の均一化およびプラズマ処理面の高品質化を図るためには有効である。
【0020】
しかしながら、さらにプラズマ処理速度の高速化を図る上では、困難な点があった。すなわち、高速処理を行うためには、処理速度に見合うだけの大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に供給する必要があるが、図17に示したプラズマ処理装置では、大流量のガスを安定して供給することは困難である。図17において、プラズマ処理用ガスに対して望まれるガス流路は、図中にFJで示すように、ガス導入口504〜プラズマ空間P〜ガス排気口505という経路である。しかしながら、この流路FJでは、流線が急激に変化するためにコンダクタンスが小さく、大流量のガスを供給することが困難である。さらに、上記所望の流路以外の方向に分岐するガス流も発生してしまう。また、仮に大流量のガスを流したとしても、上記流路における流線の急激な変化によって流れに乱れが生じる。このことはプラズマ処理の不均一とプラズマ処理面の品質低下を引き起こし、本来の効果も失うことになる。この問題は、処理速度を高速化するために、さらにプラズマ空間を高圧力化した場合(上記▲3▼−bの手法2)に一層顕著になる。これは、主としてプラズマ空間の高圧力化のために一対の電極間隔を狭くしなければならないことに起因する。即ち、一対の電極間隔が狭いため、この電極間を流れるガス流のコンダクタンスが小さく、大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定に供給することが困難になる。従って、この構成では、上記要求▲1▼、▲2▼と上記要求▲3▼とを同時に満たすことはできない。
【0021】
(B)上記構成2の課題について
図18に示したプラズマ処理装置の構成は、ガス流路をプラズマ空間内に規制するためのカバーがガス供給手段606、ガス排気手段607および仕切板610によって構成されているので、プラズマ処理用ガスがプラズマ空間以外の領域に漏れることなく、プラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定して大流量で供給することができる。
【0022】
しかしながら、このカバーは、第1電極602と第2電極603との間の空間611を完全に包囲しているため、この技術を小サイズのプラズマに対して基板を移動させるという構成(上記構成1)に適用することはできない。即ち、図18の構成の幾何的配置では、基板を移動させることはできない。従って、この構成では、上記要求▲3▼は満たすことができても、上記▲1▼、▲2▼の要求を満たすことはできない。さらに、処理速度を高速化するためにプラズマ空間を高圧力化し(上記▲3▼−bの手法2)、一対の電極間隔を狭くした場合には、この構成の実施は困難になる。その理由は、狭い電極間隔に対して、基板サイズ分の長距離にわたって、プラズマ処理用ガスを大流量で安定して供給することはガス流の損失から考えて困難であるからである。
【0023】
本発明は、このような従来技術の課題を解決すべくなされたものであり、成膜、加工および表面処理等のプラズマ処理において、小サイズのプラズマに対して基板を移動させながら、大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定して供給すると共に反応生成物を速やかに除去して、処理速度の高速化、プラズマ処理の均一化およびプラズマ処理面の高品質化という3つの要求を同時に満足し、さらに、大型基板やシート状基板に対しても対応可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的とする。
【0024】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、従来の技術思想を取り入れながらも単にその組み合わせでは達成し得ない上記3つの要求を同時に満たすという進歩的効果を、新たな構成によって達成したものである。
【0025】
本発明のプラズマ処理装置は、第1ガス導入口と第1ガス排気口とを有するチャンバ内に、第1電極および基板を搭載する第2電極が配置され、該第1電極の少なくとも一部と、該第2電極の一部とが、第1空間を隔てて、かつ、該基板のみを介して対向配置され、該第1ガス導入口から該第1空間にプラズマ処理用ガスを導入すると共に、該第1電極と該第2電極との間に高周波電圧を印加して、該第1空間の少なくとも一部でプラズマを発生させ、さらに、基板を搭載した該第2電極を移動させることによって、該基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、該第1ガス導入口と連通する連通導入口と、該第1ガス排気口と連通する連通排気口と、該第1空間において開口する第1開口部と、該第1開口部の近傍において該第2電極または該基板と第2空間を隔てて対向する第2電極対向部とを有するカバー体を備え、該カバー体は、該第2電極および該基板と接触せずに、該第1電極、および該第2電極または該基板と共に、該連通導入口から該第1空間を通って該連通排気口に向かう該プラズマ処理用ガスの主ガス流路を構成し、該主ガス流路を流れる該プラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらないように、該第1電極、該第2電極および該カバー体が配置され、そのことにより上記目的が達成される。
【0026】
前記主ガス流路中で前記第1空間から前記連通排気口に向かう流れのコンダクタンスが、該第1空間から前記第2空間に向かう、該主ガス流路以外の流れのコンダクタンスに比べて大きくなるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されているのが好ましい。
【0027】
前記チャンバは、さらに第2ガス導入口を有し、該第2ガス導入口から該チャンバ内に前記プラズマ処理用ガスと同一成分のガスまたは不活性ガスを導入して、前記主ガス流路以外の領域における圧力が該主ガス流路内の圧力よりも高い圧力に保持可能とされていてもよい。
【0028】
前記第1空間内の前記プラズマが発生する部分において、前記主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、前記基板表面にほぼ沿う方向となるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されていてもよい。
【0029】
前記第1電極は、少なくとも前記第1空間において曲面形状を有するようになされていてもよい。
【0030】
前記主ガス流路の幅方向の略中央部において、該主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、前記連通導入口、前記第1空間および前記連通排気口にかけて、略U字形状となるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されていてもよい。
【0031】
前記主ガス流路の幅が前記略U字形状の先端部において最小となるように前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置され、該主ガス流路の幅が最小になる部分の近傍において、プラズマを発生させてもよい。
【0032】
前記主ガス流路の幅方向の略中央部において、該主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、前記連通導入口、前記第1空間および前記連通排気口にかけて、略直線状となるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されていてもよい。
【0033】
前記第2電極は円筒形状であり、その中心軸を中心として回転可能とされていてもよい。
【0034】
前記基板としてシート状基板が搭載され、前記第2電極の回転によって該シート状基板が該第2電極に密着しながら移動可能とされていてもよい。
【0035】
前記第1電極は少なくとも前記第1空間で曲面形状部分を有し、該第1電極の曲面形状部分の曲率半径と前記円筒形状の第2電極の半径とは略同一であり、該第1電極の曲面形状部分の先端部と、該円筒形状の第2電極の先端部とが実質的に対向し、前記主ガス流路の幅が、該第1電極の先端部と該第2電極の先端部との対向部において最小となるように、該第1電極、該第2電極および前記カバー体が配置され、該主ガス流路の幅が最小になる該対向部の近傍において、プラズマを発生させてもよい。
【0036】
本発明のプラズマ処理方法は、本発明のプラズマ処理装置を用いて、基板に対してプラズマ処理を行い、そのことにより上記目的が達成される。
【0037】
以下に、本発明の作用について説明する。
【0038】
本発明にあっては、第1電極の少なくとも一部と第2電極の一部との対向部である第1空間において小サイズのプラズマを発生させ、そのプラズマに対して第2電極(およびその上に搭載された基板)を移動させることによって基板全面に均一なプラズマ処理が可能となるプラズマ処理装置において、第1電極および、第2電極または基板と共に主ガス流路を構成するカバー体を設ける。このとき、カバー体の連通導入口から第1空間を通ってカバー体の連通排気口に向かうプラズマ処理用ガスの主ガス流路の流線に急激な変化が加わらないように第1電極、第2電極およびカバー体を配置する。このことにより、主ガス流路の損失を少なくしてコンダクタンスを大きくし、プラズマ領域に大流量のプラズマ処理用ガスを安定に供給すると共に、プラズマ処理後のガスをカバー体の連通排気口から高速に排気することが可能である。また、カバー体は、第2電極を移動させるために、第2電極および基板と接触しておらず、第1開口部の近傍において第2電極または基板と第2空間を隔てて対向する第2電極対向部とを有しているが、主ガス流路中で第1空間から連通排気口に向かう流れのコンダクタンスが、第1空間から第2空間に向かう、主ガス流路以外の流れのコンダクタンスに比べて大きくなるように第1電極、第2電極およびカバー体が配置されているので、主ガス流路以外へのガスのリークを抑制し、大流量のプラズマ処理用ガスを安定してプラズマ空間に供給すると共に、プラズマ処理後のガスを滞留させることなくカバー体の連通排気口から高速に排気することが可能である。
【0039】
さらに、第2ガス導入口からチャンバ内にプラズマ処理用ガスと同一成分のガスまたは不活性ガスを導入することにより、主ガス流路以外の領域における圧力を主ガス流路内の圧力よりも高い圧力に保持して、主ガス流路内から主ガス流路外へのプラズマ処理用ガスのリークを抑制可能である。
【0040】
上記第1空間内のプラズマが発生する部分において、主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、基板表面にほぼ沿う方向となるように第1電極、第2電極およびカバー体を配置すれば、プラズマ発生領域においてガス流の損失が小さく、流れが安定する。
【0041】
例えば後述する第1の実施形態に示すように、主ガス流路の幅方向の略中央部において、主ガス流路を流れるプラズマ処理用ガスの流線が、カバー体の連通導入口、第1空間および連通排気口にかけて略U字形状となるように、第1電極、第2電極およびカバー体を配置すれば、プラズマ処理用ガスの主ガス流路の流線に急激な変化が加わらないようにすることが可能である。この場合、カバー体が基板と接触せずに上方に位置していても、その第1開口部から斜め下方向の基板にプラズマ処理用ガスが供給される。そして、プラズマ処理後のガスが基板から離れる方向の斜め上方向に流れて排気されるので、反応生成物が基板に付着することが抑制される。さらに、主ガス流路の幅が略U字形状の曲がり部先端において最小となるように第1電極、第2電極およびカバー体を配置すれば、その最小幅の部分の幅が非常に狭くても、このような幅の狭い流路が主ガス流路の一部にしか設けられないので、ガス流の摩擦損失が大幅に低減される。そして、主ガス流路の幅が最小になる部分の近傍においてプラズマを発生させれば、安定して大流量のプラズマ処理用ガスを流しながらも、高圧力下でのプラズマ発生が可能となる。
【0042】
或いは、後述する第2の実施形態に示すように、主ガス流路の幅方向の略中央部において、主ガス流路を流れるプラズマ処理用ガスの流線が、連通導入口、第1空間および連通排気口にかけて略直線状となるように第1電極、第2電極およびカバー体を配置しても、プラズマ処理用ガスの主ガス流路の流線に急激な変化が加わらないようにすることが可能である。
【0043】
さらに、第2電極を円筒形状とし、その中心軸を中心として回転可能としてもよい。そして、シート状基板を第2電極に搭載し、第2電極の回転によってシート状基板を第2電極に密着しながら移動させることが可能である。
【0044】
この場合、第1電極に少なくとも第1空間で曲面形状部分を形成し、第1電極の曲面形状部分の曲率半径と円筒形状の第2電極の半径とを略同一にして、第1電極の曲面形状部分の先端部と、円筒形状の第2電極の先端部とを実質的に対向させて小サイズのプラズマを発生させることが可能である。
【0045】
さらに、主ガス流路がその幅方向における中心線に対して略対称形状となるように、第1電極、第2電極およびカバー体を配置すれば、一層、プラズマ処理用ガスの主ガス流路の流線に急激な変化が加わらないようにすることが可能である。また、主ガス流路の幅が、第1電極の先端部と第2電極の先端部との対向部において最小となり、その近傍においてプラズマを発生させれば、安定して大流量のプラズマ処理用ガスを流しながら、高圧力下でのプラズマ発生が可能となる。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について説明する。
【0047】
(第1の実施形態)
図1は本実施形態のプラズマ処理装置100の概略構成を示す断面図であり、図2はプラズマ処理装置100の主要部を示す斜視図であり、図3は図2の平面PL1における断面を示す斜視図であり、図4は図2の平面PL2における断面図であり、図5は図3の各部分を分解して示す斜視図であり、図6はプラズマ処理装置100における主ガス流路FRを示す拡大図である。以下、図1〜図6を参照しながら、本実施形態のプラズマ処理装置およびそのプラズマ処理方法について説明する。
【0048】
(A)プラズマ処理装置100の構成要素について
以下に、主として図1を参照しながらプラズマ処理装置100の構成要素について説明する。
【0049】
図1において、1はチャンバであり、その壁面には第1ガス導入口4および第1ガス排気口5が設けられている。第1ガス導入口4は、プラズマ処理用ガスを供給する第1ガス供給部6と配管8によって連結され、第1ガス排気口5は、プラズマ処理後のガスを排気する第1ガス排気部7と配管9によって連結されている。さらに、図1に示すように、第2ガス導入口10および第2ガス排気口11がチャンバ1の壁面に設けられ、各々第2ガス供給部12および第2ガス排気部13と連結されているのが好ましい。
【0050】
2は基板50と対向する第1電極、3は基板50が搭載される平板状の第2電極である。第2電極3は接地されており、図示しない駆動機構によって図中のX方向に移動可能とされている。第1電極2は、少なくとも後述するカバー体23(第1カバー体21)の開口部(第1開口部)25において、曲面形状2aをなしている。なお、本実施形態では、第1電極2の断面形状を半円形状としているが、前記曲面形状をなしていればよく、これに限られない。例えば、中心角が180゜以下なる円弧状断面でも良いし、複数曲率を有する任意曲面であってもよい。第1カバー体21の第1開口部25において、第1電極2と第2電極3とは空間(第1空間)SCを隔てて基板50のみを介して対向している。第1電極2の曲面2aの先端部2atは、基板50とギャップG1を隔てて対向している。この先端部2atの近傍において、後述する図6に示すような小サイズのプラズマPが発生する。
【0051】
第1電極2は、その背面2bにおいて、絶縁体からなるカバー体23(第2カバー体22)に固定されている。第2カバー体22は上下方向に貫通する溝部(または穴部)22aを有しており、この溝部22aを介して第1電極2が高周波電源14に接続されている。
【0052】
第1カバー体21は、基板50および第2電極3とは接触せずに第1電極2と第2カバー体22とを包囲するような形状をなす。第1カバー体21は絶縁体であるが、その外壁部を導電体で覆って接地電位としてもよい。このようにすると、第1電極2と第1カバー体21の外壁部とが同軸構造となり、高周波電力伝送の観点から望ましい。
【0053】
第1カバー体21は、第1電極2の少なくとも一部と第2電極3の一部とが対向する第1空間SCで開口しており、以下、この開口部25を第1開口部と称する。この第1開口部25の近傍において、第1カバー体21の底面24はギャップG2の第2空間SDを隔てて基板50と対向しており、以下、この底面24を第2電極対向部と称する。このギャップG2は、第1カバー体21と基板50とが接触しない範囲で可能な限り狭く設定するのが好ましい。また、第2電極対向部24の図1中のX方向における長さは、可能な限り長くなるように形成するのが好ましい。さらに、ギャップG2はギャップG1よりも狭く設定するのが好ましい。
【0054】
第1カバー体21は、図1の紙面に対して垂直方向の両端に、図2に示すような下方突出部21fを有している。この下方突出部21fは可能な限り微小な隙間を隔てて基板50および第2電極3を覆っている。また、第1カバー体21は、図5に示すような凹部21aを有しており、これと対応して第2カバー体22は取り付け部22bを有している。この凹部21aに取り付け部22bがはめ込まれて第1カバー体21および第2カバー体22とが一体化して一体的な構造物(カバー体23)を構成している。なお、本実施形態においては、第2カバー体22に第1電極2が固定されているため、カバー体23と第1電極2も一体的な構造物となっている。さらに、図4および図5に示すように、第1カバー体21の内壁面21eは、第1電極2の端面2eおよび第2カバー体22の端面22eと略接触している。
【0055】
カバー体23には、第1カバー体21と第2カバー体22とによって、図2および図3に示すような連通導入口26と連通排気口27とが設けられている。そして、図1に示すように、連通導入口26は第1ガス導入口4と、連通排気口27は第1ガス排気口5と、各々気密に連通している。
【0056】
なお、第1カバー体21および第2カバー体22の形状は、第1電極2および、第2電極3または基板50と共に構成される、後述する主ガス流路FRを流れるプラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらないような形状であれば、特に限定しない。さらに、第1空間SCから連通排気口5に向かう流れのコンダクタンスが第1空間SCから第2空間SDに向かう主ガス流路以外の流れのコンダクタンスに比べて大きくなるような形状にするのが好ましい。本実施形態では、図1に示すように、第1カバー体21の形状を、内壁面21cを平面形状とし、それに続く内壁面21dを曲面形状とし、これらがなめらかに連結される様な形状としている。また、第2カバー体22の壁面22cは、第1電極2の半円状表面2aとなめらかに連結されている。さらに、ギャップG2を第1カバー体21と基板50とが接触しない範囲で狭く、第2電極対向部24の図1中のX方向における長さを長くし、ギャップG2をギャップG1よりも狭く設定してある。
【0057】
第1カバー体21の平面状内壁面21cは、第2カバー体22の平面状壁面22cと空間SA1、SA2を介して対向し、第1カバー体21の曲面状内壁面21dは、第1電極2の曲面2aと空間SB1、SB2を介して対向している。なお、ここでは、図1の左側の空間をSA1およびSB1、右側の空間をSA2およびSB2として区別している。
【0058】
第1カバー体21の内壁面21dの曲率半径は、第1電極2の曲面2aの半径よりも大きくしてある。また、内壁面21dの曲率中心は、例えば曲面2aの中心と同じく図1中のY軸上にあって、曲面2aの中心より上方に位置している。その結果、空間SB1の幅は空間SA1から第1空間SCにかけて徐々に狭くなり、空間SB2の幅は第1空間SCから空間SA2にかけて徐々に広くなる。さらに、空間SB1および空間SB2と第1空間SCとの境界部(第1開口部25の端部)において、後述する主ガス流路FRの幅は、第1電極2の曲面2aの先端部2atと基板50とのギャップG1よりも広く設定されている。
【0059】
(B)プラズマ処理装置100における主ガス流路FRについて
(B−1)主ガス流路FRの構成について
次に、本実施形態のプラズマ処理装置100におけるプラズマ処理用ガスのガス流路について図6を参照しながら説明する。図6は図1における主ガス流路FRを拡大して示したものである。
【0060】
プラズマ処理用ガスは、第1ガス導入口4から、これと気密に連通するカバー体23の連通導入口26を通ってチャンバ1内に導入される。そして、略気密状態の空間SA1およびSB1を通って第1空間SCに導かれる。第1空間SCに到達したプラズマ処理用ガスは、主として略気密状態の空間SB2およびSA2を通って、連通排気口27に気密に連通する第1排気口5からチャンバ1の外部に排気される。そして、この連通導入口26〜空間SA1〜空間SB1〜第1空間SC〜空間SB2〜空間SA2〜連通排気口27というガス流路FRが主ガス流路となる。主ガス流路FRは、図6から明らかなように、第1電極2および第2電極3(または基板50)と、第1カバー体21および第2カバー体22からなるカバー体23との各々の壁面によって構成されている。
【0061】
主ガス流路FRの幅は、空間SA1において充分に広く一定である。そして、上述したように、空間SA1と空間SB1との境界はなめらかに連結され、さらに、空間SB1では空間SA1から第1空間SCにかけて主ガス流路FRの幅が徐々に狭くなる。この空間SB1と第1空間SCとの境界における主ガス流路FRの幅GWは、第1電極2の先端部2atと基板50との間のギャップG1よりも広く設定されている。ガス流が空間SB1を通過した後、ガス流の一側面を規制する壁面は、第1カバー体21の内壁面21dから基板50の表面に引き継がれ、第1空間SCにおいては第1電極2の曲面2aと基板50の表面とによって主ガス流路FRが形成される。そして、空間SB1から第1電極2の曲面2aの先端部2atにかけて主ガス流路FRの幅は徐々に狭くなり、先端部2atで最小幅G1となる。ここで、空間SB1から第1空間SCへのガス流は、これを規制する壁面の変化によって不安定になることが懸念される。しかし、ガス流の慣性と、ガス流を規制する幅GWおよび幅G1の規制面とによって、理想とする仮想流管の一壁面SCWに近い状態を得ることができる。本実施形態では、空間SA1における主ガス流路FRの幅を約50mm、長さを100mmとし、空間SB1における主ガス流路FRの幅は空間SA1から徐々に狭くして第1空間SCとの境界における幅GWを約3mmとした。また、第1電極2の半径を100mmとし、第1開口部25(第1空間SC)における主ガス流路FRの長さを50mmとし、第1電極2の先端部2atと基板50との間のギャップG1は約2mmとした。さらに、ギャップG2は約1mmとし、第2電極対向部24の図1中のX方向における長さを140mmとした。第1空間SCから空間SB2を通って空間SA2に至る主ガス流路FRについては、空間SA1から空間SB1を通って第1空間SCに至る主ガス流路FRと、その幅の変化が逆ではあるが同様であるので、説明を省略する。なお、主ガス流路FR中には、流れの一層の安定化のために、公知のガス分散板を適宜設けてもよい。
【0062】
(B−2)主ガス流路FRの作用効果について
(B−2−1)本実施形態において、主ガス流路FRの幅は、空間SB1から徐々に狭くなり、第1電極2の先端部2atにおいて最小となって、その後、空間SB2にかけて徐々に広くなっている。また、主ガス流路FRの幅方向中央における流線Fは、図6に示すような略U字形状である。従って、主ガス流路FRの幅方向全体にわたり、プラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらず、ガス流の損失を大幅に低減することができる。その結果、大流量のプラズマ処理用ガスを、その流れを乱すことなく、プラズマ空間Pに安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを滞留させることなく、高速に排気することができる。
【0063】
(B−2−2)本実施形態では、図6に示すように、第1電極2の先端部2at近傍における主ガス流路FRの幅が最小となっている部分においてのみプラズマPを発生させるので、均一な放電状態を維持できる程度の小サイズのプラズマを発生させることができる。この最小幅部分の幅G1の設定値は、プラズマ空間におけるプラズマ処理用ガスの圧力によっても異なるが、プラズマ処理を高速化するためにその圧力を100Torr以上とした場合には、後述するように、数100μm〜数mm程度となる。本実施形態においては、このような幅の狭い流路を主ガス流路FRの一部にしか設けていないので、ガス流の摩擦損失を大幅に低減することができる。その結果、高圧力下でプラズマを発生させるために電極間隔(ギャップG1)を狭くした場合でも、大流量のプラズマ処理用ガスを安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを滞留させることなく高速に排気することができる。
【0064】
(B−2−3)本実施形態において、主ガス流路FR中の流線はなめらかな略U字形状であり、プラズマ空間Pにおいて基板50に沿う方向である。このため、基板50を搭載した第2電極3を移動可能とするためにカバー体23が基板50と接触せずに上方に位置していても、カバー体23の第1開口部25から斜め下方向の基板50上にプラズマ処理用ガスを供給することができる。しかも、そのガス流の流線は、プラズマ空間Pで基板50に沿う方向であるため、ガス流の損失が小さく、安定した流れが得られる。そして、反応生成物を含むプラズマ処理後のガスは、基板50から離れる方向である斜め上方向への流れによって排気されるので、反応生成物が基板50に付着するのを防ぐことができる。
【0065】
(B−2−4)本実施形態において、主ガス流路FRは流路中の流線に急激な変化が加わらず、かつ、流路幅の狭い箇所が一部にしか存在しないので、この主ガス流路FRのコンダクタンスを大きくすることができる。また、主ガス流路FR中の流線はなめらかな略U字形状であり、その速度ベクトルの方向が主ガス流路FRの外部にリークする方向(第1空間SC→第2空間SD)とは大きく異なる。よって、カバー体23が基板50および第2電極3と接触していなくても、第1空間SCから第2空間SDに向かう、主ガス流路FRの外部にガスがリークするのを抑制することができる。従って、主ガス流路内を実質的に略気密状態に維持して、大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを、滞留させることなく高速に排気することができる。
【0066】
(C)主ガス流路FR内の気密性について
本実施形態において、上記主ガス流路FRは、流線に急激な変化が加わらず、そのコンダクタンスが大きい。また、その速度ベクトルの方向は外部リークする方向(第1空間SC→第2空間SD)と大きく異なるため、第1空間SCから第2空間SDに向かう、外部空間へのリークが少なく、気密性を維持した状態で大流量の安定したガス流を形成することができる。しかしながら、主ガス流路FRが上述した効果(B−2)をより顕著に呈するためには、以下のような手法により、さらに主ガス流路FR内の気密性を高めることが望ましい。
【0067】
(C−1)図6に示すように、第1空間SC→第2空間SDに流れるガス流のコンダクタンスを、第1空間SC→空間SB2→空間SA2を流れるガス流のコンダクタンスに比べて充分小さくなるように設定する。すなわち、上述したように、基板502を搭載した第2電極3を移動可能とするために設けている第2空間SDのギャップG2を、第1カバー体21と基板50とが接触しない範囲で可能な限り狭く設定し、第2電極対向部24の長さを図中のX方向に可能な限り長く設定する。さらに、第2空間SDのギャップG2を、主ガス流路FR中の最小の流路幅G1よりも狭く設定することにより、主ガス流路FRの気密性はより顕著に高められる。
【0068】
(C−2)図2に示すように、第1カバー体21の下方突出部21fを設けることは、図6の紙面に対して垂直方向の気密性を高めるために有効である。この下方突出部21fが可能な限り微小な隙間を隔てて基板50および第2電極3とを覆うことにより、その間の空間のコンダクタンスも、上記と同様に、主ガス流路FR中の第1空間SC→空間SB2→空間SA2を流れるガス流のコンダクタンスに比べて充分小さくなるように設定することができる。
【0069】
(C−3)さらに、チャンバ1内の主ガス流路FR以外の領域の圧力を、主ガス流路FR内の圧力よりも若干高めておくことも有効である。これにより、圧力差のために主ガス流路FR内の気密性を高めることができる。具体的には、図1に示すように、チャンバ1の壁面に第2ガス導入口10および第2ガス排気口11を設けて、チャンバ1内にプラズマ処理用ガスと同一成分のガスまたは不活性ガスを導入する。そして、チャンバ1内の主ガス流路FR以外の領域の圧力を主ガス流路FR内の圧力よりも若干高めに保持する。これにより、主ガス流路FR内からその外部へガスがリークするのを抑制することができる。この場合、主ガス流路FRの外部から主ガス流路FRの内部にガスが混入する可能性もあるが、プラズマ処理用ガスと同一成分のガスまたは不活性ガスが微量に混入するのみであるので、特に問題は生じない。
【0070】
(D)プラズマ処理装置100によるプラズマ処理方法について
次に、上記プラズマ処理装置100を用いたプラズマ処理方法の1例について、主として図1を参照しながら説明する。
【0071】
まず、第1ガス排気部7と第2ガス排気部13とにより、チャンバ1内を減圧状態にする。次に、第1ガス供給部6と第2ガス供給部12とから、チャンバ1内にプラズマ処理用ガスを導入する。
【0072】
そして、上記主ガス流路FR(連通導入口26〜空間SA1〜空間SB1〜第1空間SC〜空間SB2〜空間SA2)の内部の圧力、およびチャンバ1内の主ガス流路FR以外の領域における圧力が所定の圧力となった状態で、第1ガス供給部6と第1ガス排気部7とにより、主ガス流路FR内に、成膜、加工、表面処理等の各プラズマ処理の目的に応じた所定流量のプラズマ処理用ガスを流す。なお、第1ガス供給部6から第1ガス排気部7にいたる経路は、図示しない循環系によって循環されていてもよい。また、第2ガス供給部12と第2ガス排気部13とにより、主ガス流路FR以外の領域における圧力を、主ガス流路FR内の圧力よりも若干高めになるように調整する。
【0073】
プラズマ処理用ガスとしては、例えば不活性ガスと反応ガスとの混合ガスを用いることができる。不活性ガスとしては、Heガス、Arガス、Neガス等を単体で、または相互に混合して用いることができる。但し、放電の安定性と基板へのダメージを考慮すると、Heガスを用いることが望ましい。一方、反応ガスとしては、プラズマ処理の目的に応じたガスが用いられる。例えば、アモルファスや微結晶のSi薄膜を成膜する場合には、SiH4ガス等のSi原子を含むガスを単体で、またはH2等の他のガスと混合して用いることができる。また、Si系基板の加工を行う場合には、SF6やCF4等のハロゲン系ガスを単体で、またはO2等の他のガスと混合して用いることができる。さらに、親水性の表面処理を施す場合には、アルコール等の有機溶媒を用いることができる。なお、第2ガス供給部12から供給するガスは、反応ガスを含まずに、上記不活性ガスのみとしてもよい。
【0074】
主ガス流路FR内のプラズマ処理用ガスの圧力は、プラズマ処理の処理速度を高めるためには、比較的高圧力に設定するのが好ましい。例えば、処理速度を高めるために反応ガス分圧を10Torr以上という高めの圧力に設定すると、プラズマを安定して発生させるために大量の不活性ガスを加えるため、プラズマ処理用ガスの圧力はトータルで100Torr以上程度になる。この場合、第1電極2の先端部2atと基板50との間のギャップG1は数100μm〜数mmと狭くする必要があるが、本実施形態のプラズマ処理装置100の構成によれば、このような狭いギャップに対しても安定して大流量のプラズマ処理用ガスを供給することが可能である。例えば、プラズマ処理用ガスの圧力を160Torrとし、ギャップG1を約2mmに設定しても、プラズマ空間に数100l/min以上のプラズマ処理用ガスを供給することができる。
【0075】
このようにして主ガス流路FR内に所定流量のプラズマ処理用ガスを流した状態で、高周波電源14から第1電極2と第2電極3との間に高周波電圧を印加する。ここで、第1電極2は曲面形状2aを有しているため、第1空間SCには電界強度分布が発生する。そして、電界強度が強い第1電極2の先端部2atの近傍において、図6に示すような小サイズのプラズマPが発生する。このプラズマP中の反応ガスに基づく反応種によって、基板50に対して所定のプラズマ処理が施される。例えば、SiH4ガスとH2ガスとを混合した反応ガスを用いた場合には、基板50上にアモルファスや微結晶のSi薄膜が成膜される。なお、プラズマPが発生する領域は、プラズマ処理用ガスの圧力によって異なるが、プラズマ処理用ガスが高圧力になるほど、図6中のX方向におけるプラズマPの長さが短くなる。このX方向に短いプラズマPは、基板50の一部のみをプラズマ処理可能であるため、さらに、第2電極3をX方向に移動させることによって基板50の全面に対してプラズマ処理が施される。さらに、基板50を移動させるため、カバー体23は基板50および第2電極3とは接触していないが、上記(B)および(C)で説明したように、主ガス流路FR内に大流量のプラズマ処理用ガスを安定して流すことができる。
【0076】
(E)第1の実施形態の効果について
(E−1)第1の効果(大面積基板に対するプラズマ処理の均一化)
本実施形態においては、曲面形状2aを有する第1電極2を用いているため、図17に示した従来技術に基づく構成1と同様に、均一性の良い小サイズのプラズマを発生することができる。従って、基板50を移動させることによって、大面積基板に対しても基板面内で均一なプラズマ処理を行うことができる。
【0077】
(E−2)第2の効果(大面積基板に対するプラズマ処理面の高品質化)
本実施形態においては、主ガス流路FRが上記(B−2)のような作用効果を呈するので、小サイズのプラズマに対して基板を移動させるためにカバー体23が基板50および第2電極3と接触しないようにしても、プラズマ処理後のガスを高速に排気することができる。このプラズマ処理後のガスの高速排気と、上記(E−1)における小サイズのプラズマとの双方の寄与によって、反応生成物がプラズマ空間中に滞留する時間が一層短くなり、プラズマ処理面のより一層の高品質化を図ることができる。この点については、プラズマ空間内のガスの置換時間tが下記式で表されることから、理解できる。
【0078】
t=V/Q (V:プラズマ空間の体積、Q:プラズマ処理用ガスの流量)
【0079】
(E−3)第3の効果(プラズマ処理速度の高速化)
(E−3−1)本実施形態においては、主ガス流路FRが上記(B−2)のような作用効果を呈するので、小サイズのプラズマに対して基板を移動させるためにカバー体23が基板50および第2電極3と接触しないようにしても、プラズマ空間に大流量のプラズマ処理用ガスを安定して供給することができ、プラズマ処理速度を高速化することができる。
【0080】
(E−3−2)本実施形態においては、上記(B−2)の効果(特に(B−2−2)の効果)によって、主ガス流路FR内のプラズマ処理用ガスの流れの損失を大幅に低減することができる。このため、第1電極と第2電極との間のギャップ(図1中のG1)が非常に狭い場合であっても、その狭いギャップ部(プラズマ空間)に大流量のプラズマ処理用ガスを安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを滞留させることなく高速に排気することができる。この効果は、反応ガス分圧を高めてプラズマ処理用ガス(不活性ガスと反応ガスとの混合ガス)を100Torr以上程度の高圧力とした場合に、特に有効である。すなわち、プラズマ処理用ガスの圧力を高圧力としてプラズマを発生させるために、第1電極と第2電極との間のギャップを非常に狭くしたとしても、大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定して供給できる。その結果、反応ガス分圧を高めることと、大流量のプラズマ処理用ガスを供給できることの双方の寄与によって、プラズマ処理速度を一層高速化することができる。
【0081】
なお、本実施形態のプラズマ処理装置を用いた場合、特に好適なプラズマ処理条件として、プラズマ処理用ガスの圧力を100Torr以上と規定しているが、その理由は以下の通りである。
【0082】
プラズマ処理速度の高速化を図るためには、プラズマ処理用ガス中の反応ガスの分圧を高めることが望まれる。ここで、反応ガス分圧が10Torr未満の場合には、反応ガスに不活性ガスを加えなくても(すなわち、プラズマ処理用ガスが反応ガスそのものであって、そのプラズマ処理用ガス圧力が10Torr未満の場合)、プラズマを安定して発生できる可能性がある。しかし、反応ガス分圧が10Torr以上の場合には、これに不活性ガスを加えなければプラズマを安定して発生させることが困難となる。このため、10Torr以上の反応ガスに対しては、90Torr以上の不活性ガスを加えてプラズマ処理用ガスの圧力を100Torr以上にする必要がある。さらに、反応ガス分圧が10Torr未満であったとしても、反応ガスに大量の不活性ガスを加えてプラズマ処理用ガスの圧力を100Torr以上とすることが、プラズマの安定性の観点からは望ましい。従って、安定したプラズマを発生させ、また、プラズマ処理速度を高速化するためには、プラズマ処理用ガス(不活性ガスと反応ガスとの混合ガス)の圧力を100Torr以上にすることが望まれる。
【0083】
しかしながら、プラズマ処理用ガスを100Torr以上の高圧力とした場合には、パッシェンの法則に基づいて、一対の電極間のギャップを非常に狭くすることが必要になる。この場合のギャップは、数100μm〜数mm程度である。ところが、従来の平行平板型の電極を用いた装置(例えば図18)や、ガス流を規制するカバー体を設けていない装置(例えば図17)では、この狭いギャップ部を流れるガス流のコンダクタンスが小さいために、大流量のプラズマ処理用ガスを安定して供給することは非常に困難である。
【0084】
これに対して、本実施形態では、上記(B−2)の作用効果を呈する主ガス流路FRによって主ガス流路FR内のプラズマ処理用ガスの流れの損失が大幅に低減されるので、その結果、100Torr以上の高圧力のプラズマ処理用ガスを大流量で安定して供給することができる。この点には、特に、上記(B−2−2)の効果が大きく寄与している。つまり、本実施形態のプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理においては、プラズマ処理用ガスの圧力をどのような圧力としても良いが、特に従来の装置では困難とされる100Torr以上の高圧力下での処理も可能となる。従って、反応ガス分圧を高めてさらに処理速度の向上を図ることが可能となるのである。
【0085】
上記(E−1)〜(E−3)のように、本実施形態によれば、従来技術の組み合わせでは困難であったプラズマ処理速度の高速化、プラズマ処理の均一化、及びプラズマ処理面の高品質化という3つの要求を同時に満足することができる。特に、基板を移動させながらプラズマ処理を行う必要性のある、平板状の大型基板に対して、本実施形態の効果はより顕著なものとなる。
【0086】
(実施例1)
図1に示したプラズマ処理装置100を用いてガラス基板上の30cm×30cmの領域にアモルファスシリコン薄膜を形成した。プラズマ処理用ガスは、He:SiH4:H2=96.7:0.3:3の比率でトータル流量150LMにて主ガス流路FR中を流した。主ガス流路FR内の圧力は160Torrに維持した。この場合、主ガス流路(160Torr)中を流れるプラズマ処理用ガスの流量は約700l/minで、SiH4分圧は約0.5Torrとなる。その結果、成膜速度:約30オングストローム/s、基板面内の膜厚分布:5%以下、光感度(光導電率/暗導電率):106オーダのアモルファスシリコン薄膜が得られ、本発明の目的であるプラズマ処理の高速化、プラズマ処理面の高品質化およびプラズマ処理の均一化を同時に満たすことができた。
【0087】
(第1の実施形態の変形例1)
上述したように、本発明においては、第2電極3を移動させながらプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、第1電極2と、第2電極3または基板50と、カバー体23とから主ガス流路FRを構成し、主ガス流路FR内に流れるプラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらないようにしたものである。これによって主ガス流路FR内のコンダクタンスを大きくし、カバー体23が基板50および第2電極3と接触せずに第2電極3を移動可能としても、機能的に主ガス流路FR内の略気密状態を維持して、大流量のプラズマ処理ガスを安定して流すことができる。この基本思想に基づいた最も好適な実施形態の1つが図1に示した第1の実施形態である。しかしながら、本発明の基本思想に基づけば、図14に示すような変形例も可能である。
【0088】
図14に示す本変形例1において、図1に示した第1の実施形態と異なる点は、第1カバー体21の内壁面21dの曲率中心と、第1電極2の曲面2aの中心とを略一致させている点である。すなわち、図1における第1電極2を上方に移動させたような構成である。この場合には、空間SB1および空間SB2の幅が、空間SA1から第1空間SCにかけて、および第1空間SCから空間SA2にかけて略一定となるが、第1の実施形態と同様に、主ガス流路FR内を流れるプラズマ処理用ガスの流線をなめらかな略U字形状とすることができる。但し、幾何的配置から理解されるように、本変形例1では第1電極2の先端部2atと基板50とのギャップG1が第1の実施形態よりも広く設定される。従って、本変形例1では、小サイズのプラズマに対して第2電極3を移動させると共に大流量のプラズマ処理用ガスを安定に流して、上記3つの要求を同時に満足させることはできるが、ギャップG1が広いために高圧力下でのプラズマの発生は困難になり、その点が第1の実施形態に比べて劣る。なお、本変形例においても、第1の実施形態中の(C)において示したような主ガス流路内の気密性をさらに高める構成が効果的に作用していることは言うまでもない。
【0089】
(第1の実施形態の変形例2)
上記第1の実施形態および変形例1では、最も好適な実施形態の1つとして、主ガス流路FR内のプラズマ処理用ガスの流線を略U字形状とした場合について示した。しかしながら、本発明の基本思想は、第2電極3を移動させながらプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、主ガス流路FR内に流れるプラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらないようにしてコンダクタンスを大きくすることである。従って、本発明の基本思想に基づけば、図15に示すような変形例も可能である。
【0090】
図15に示す本変形例2において、主ガス流路FR内の空間SB1、空間SB2および第1空間SCについては図1に示した第1の実施形態と同様である。本変形例2において第1の実施形態と異なる点は、空間SA1および空間SA2におけるプラズマ処理用ガスの流線が、基板50の表面に対して略平行な直線状となっている点である。この場合のカバー体23は、例えば図示のような1ピースの絶縁体である。なお、カバー体23の外観斜視図は、後述の第2の実施形態において説明する図12と同様である。すなわち、本変形例では、空間SA1→空間SB1および空間SB2→空間SA2の境界部における損失が第1の実施形態よりも若干大きくなるものの、図示のようにその流線には急激な変化が加わらない。従って、第1の実施形態よりは劣るものの、大流量のプラズマ処理用ガスを安定して流すことができ、上記3つの要求を同時に満足させることができる。なお、本変形例においても、第1の実施形態中の(C)において示したような主ガス流路内の気密性をさらに高める構成が効果的に作用していることは言うまでもない。
【0091】
(第1の実施形態の変形例3)
上記第1の実施形態、変形例1および変形例2では、好適な実施形態の1つとして、第1電極2の表面を曲面形状2aした場合について示した。しかしながら、本発明の基本思想は、第2電極3を移動させながらプラズマ処理を行うプラズマ処理装置において、主ガス流路FR内に流れるプラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらないようにしてコンダクタンスを大きくすることである。従って、本発明の基本思想に基づけば、図16に示すような変形例も可能である。
【0092】
図16に示す本変形例3において、図15に示した変形例2と異なる点は、第1電極2の表面を平面形状2a’としている点である。なお、本変形例3において、カバー体23の開口部近傍の面21dを曲面形状にしてあるのは、第1の実施形態と同様に、「カバー体23が基板に接触せずに上方に位置していてもカバー体23の第1開口部25から斜め下方向の基板50上にプラズマ処理用ガスが供給される」ようにするためである。本変形例では、主ガス流路FR内のプラズマ処理用ガスの流線が略直線状になり、急激な変化が加わらない。但し、本変形例において、大流量のプラズマ処理用ガスを安定して流すためには、少なくとも空間SA1および空間SA2において、主ガス流路FRの幅を図15に示した変形例2と同程度に広くする必要がある。このため、本変形例3では第1電極2の平面形状部2a’と基板50とのギャップG1が変形例2よりも広く設定される。従って、本変形例3では、小サイズのプラズマに対して第2電極3を移動させると共に大流量のプラズマ処理用ガスを安定に流して、上記3つの要求を同時に満足させることはできるが、ギャップG1が広いために高圧力下でのプラズマの発生は困難になり、その点が変形例2に比べて劣る。なお、本変形例においても、第1の実施形態中の(C)において示したような主ガス流路内の気密性をさらに高める構成が効果的に作用していることは言うまでもない。
【0093】
(第2の実施形態)
本実施形態においては、シート状基板および円筒状基体に対しても好適なプラズマ処理を行うことが可能なプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について説明する。なお、本実施形態において、主ガス流路の気密性を維持する手法およびプラズマ処理方法は第1の実施形態と同様であるので、説明を省略する。図7は本実施形態のプラズマ処理装置200の概略構成を示す断面図であり、図8はプラズマ処理装置200の主要部を示す斜視図であり、図9は図8の平面PL1における断面を示す斜視図であり、図10は図8の平面PL2における断面図であり、図11は図9の各部分を分解して示す斜視図であり、図12はカバー体23の斜視図であり、図13はプラズマ処理装置200における主ガス流路FR2を示す拡大図である。以下、図7〜図13を参照しながら、本実施形態のプラズマ処理装置200の構成とその主ガス流路FR2について説明する。なお、以下では、シート状基板に対するプラズマ処理について説明するが、後述する円筒状の第2電極を円筒状基体そのものとすれば、円筒状基体に対するプラズマ処理も可能である。
【0094】
(A)プラズマ処理装置200の構成要素について
以下に、主として図7を参照しながらプラズマ処理装置200の構成要素について説明する。なお、本実施形態の構成要素は、形状が異なるものの、第1の実施形態と同じ機能を有するものが大半であるので、第1の実施形態と同じ機能を有する構成要素には同一の記号を付して詳細な説明を省略する。
【0095】
本実施形態のプラズマ処理装置200について、第1の実施形態のプラズマ処理装置100と大きく異なる点は、基板をシート状基板50としている点、第2電極3を回転可能な円筒形状としている点、カバー体23の形状、および主ガス流路FR2の形状である。
【0096】
シート状基板50は基板導入口60を通してチャンバ1内に導入され、円筒形状の第2電極3に密着しながら第2電極3のDR方向の回転によって搬送される。その後、基板排出口61を通ってチャンバ1外に排出される。
【0097】
カバー体23は絶縁体で1ピースの構造物である。図7の紙面に対して側方から見て、カバー体23は図11および図12に示すような略矩形状の一様な開口部を有する。この開口部一端が連通導入口26となり、他端が連通排気口27となる。また、カバー体23は下面に第1開口部25を有し、上面に第2開口部23aを有している。
【0098】
第1電極2は曲面2aを有し、図9および図11に示すようにカバー体23の第2開口部23aにはめ込まれる。そして、取り付け部2bがカバー体23の上面23bに当接して曲面2aの端部が第2開口部23aの上部内壁面23c側の端部と連結される。このようにして第1電極2とカバー体23とが一体的な構造物を構成している。そして、第1電極2の曲面2aはカバー体23の上部内壁面23cから下方に突出してカバー体23の第1開口部25に対向し、高周波電源14に接続される。
【0099】
円筒形状の第2電極3およびシート状基板50は、第1開口部25からカバー体23の内部に接触せずに挿入され、上方に突出している。そして、第1空間SCを隔てて第1電極2と対向している。さらに、第1電極2の先端部2atと、第2電極3の先端部3at上のシート状基板50とは、ギャップG1を隔てて対向している。このギャップG1の対向部の近傍において、図7に示すような小サイズのプラズマPが発生する。さらに、図7に示すように、第1電極2の曲面2aの曲率半径が、円筒形状の第2電極3の半径と略等しく設定されるのが好ましい。また、第1電極2の先端部2atの上部内壁面23cからの突出量と、第2電極3の先端部3atの下部内壁面23dからの突出量が略等しく設定されるのが好ましい。
【0100】
カバー体23の第2電極対向部24は曲面形状をなし、ギャップG2の第2空間SDを隔ててシート状基板50と対向している。ギャップG2はカバー体23と基板50とが接触しない範囲で可能な限り狭く設定するのが好ましい。さらに、ギャップG2はギャップG1よりも狭く設定するのが好ましい。
【0101】
カバー体23は、図7の紙面に対して垂直方向の両端が、図10に示すような微小な空間を隔てて第2電極3の側面を覆っている。そして、カバー体23の内壁面23eは、第1電極2の端面2eと略接触している。
【0102】
(B)プラズマ処理装置200における主ガス流路FR2について
(B−1)主ガス流路FR2の構成について
次に、本実施形態のプラズマ処理装置200におけるプラズマ処理用ガスのガス流路について図13を参照しながら説明する。図13は図7における主ガス流路FR2を拡大して示したものである。
【0103】
プラズマ処理用ガスは、第1ガス導入口4から、これと気密に連通するカバー体23の連通導入口26を通ってチャンバ1内に導入される。そして、気密状態の空間SA1を通って第1空間SCに導かれる。第1空間SCに到達したプラズマ処理用ガスは、主として気密状態の空間SA2を通って、連通排気口27に気密に連通する第1ガス排気口5からチャンバ1の外部に排気される。そして、この連通導入口26〜空間SA1〜第1空間SC〜空間SA2〜連通排気口27というガス流路FR2が主ガス流路となる。主ガス流路FR2は、図13から明らかなように、第1電極2および第2電極3(または基板50)と、カバー体23との各々の壁面によって構成されている。
【0104】
主ガス流路FR2の幅は、空間SA1において充分に広く一定である。その後の第1空間SCでは、第1電極2の曲面2aと第2電極3(シート状基板50の表面)の円筒面によって主ガス流路FR2の幅は徐々に狭くなり、第1電極2の先端部2atと第2電極3の先端部3atとが対向する部分で最小幅G1となる。本実施形態では、空間SA1における主ガス流路FR2の幅を50mm、長さを100mmとした。また、第1開口部25の長さを130mm、第2開口部23aの長さを130mmとし、第1電極2および第2電極3を開口部から突出させることによりギャップG1を約2mmとした。さらに、第2電極の半径は100mmとし、ギャップG2は約1mmとし、第2電極対向部24の周方向の長さを50mmとした。第1空間SCから空間SA2に至る主ガス流路FR2については、空間SA1から第1空間SCに至る主ガス流路FR2と、その幅の変化が逆ではあるが同様であるので、説明を省略する。なお、主ガス流路FR2中には、流れの一層の安定化のために、公知のガス分散板を適宜設けてもよい。
【0105】
(B−2)主ガス流路FR2の作用効果について
(B−2−1)本実施形態における主ガス流路FR2の幅は、第1空間SCにおいて、空間SA1側から徐々に狭くなり、ギャップG1部で最小となって、その後、空間SA2側にかけて徐々に広くなっている。また、主ガス流路FR2の幅方向中央における流線F2は、図13に示すような略直線状である。さらに、主ガス流路FR2の形状は、幅方向における中心線に対して略対称形状である。従って、主ガス流路FR2の幅方向全体にわたり、プラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらず、ガス流の損失を大幅に低減することができる。その結果、大流量のプラズマ処理用ガスを、その流れを乱すことなく、プラズマ空間Pに安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを滞留させることなく、高速に排気することができる。
【0106】
(B−2−2)本実施形態では、図13に示すように、主ガス流路FR2の幅が最小となるギャップG1部の近傍においてのみプラズマPを発生させるので、均一な放電状態を維持できる程度の小サイズのプラズマを発生させることができる。また、本実施形態においては、このような幅の狭い流路を主ガス流路FR2の一部にしか設けていないので、ガス流の摩擦損失を大幅に低減することができる。その結果、高圧力下でプラズマを発生させるためにギャップG1を非常に狭い設定したときでも、大流量のプラズマ処理用ガスを安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを滞留させることなく高速に排気することができる。
【0107】
(B−2−3)本実施形態において、主ガス流路FR2の幅方向中央の流線F2は略直線状であり、これがプラズマ空間Pの中央部を基板50の表面に沿って流れる。また、プラズマ空間Pにおいて周囲の流線F2’も基板に沿う方向になる。このため、シート状基板50を搭載した第2電極3を回転移動可能とするために、カバー体23が基板50と接触していなくても、プラズマ空間Pに真横から損失無くプラズマ処理用ガスを流すことができる。その結果、大流量のプラズマ処理用ガスをさらに安定して供給することができる。そして、反応生成物を含むプラズマ処理後のガスを、滞留させることなく一層高速に排気することができる。
【0108】
(B−2−4)本実施形態において、主ガス流路FR2は流路中の流線に急激な変化が加わらず、かつ、流路幅の狭い箇所が一部にしか存在しないので、この主ガス流路FR2のコンダクタンスを大きくすることができる。また、主ガス流路FR2の幅方向中央の流線F2は略直線状であり、その速度ベクトルの方向が主ガス流路FR2の外部にリークする方向(第1空間SC→第2空間SD)とは大きく異なる。よって、カバー体23が基板50および第2電極3と接触していなくても、主ガス流路FR2の外部にガスがリークするのを抑制することができる。従って、主ガス流路内を実質的に略気密状態に維持して、大流量のプラズマ処理用ガスをプラズマ空間に安定して供給することができる。また、プラズマ処理後のガスを、滞留させることなく高速に排気することができる。
【0109】
本実施形態によれば、主ガス流路FR2が上記(B−2)のような作用効果を呈するため、シート状基板または円筒状基体に対するプラズマ処理についても、第1実施形態と同様の効果、すなわち、プラズマ処理速度の高速化、プラズマ処理の均一化、及びプラズマ処理面の高品質化という3つの要求を同時に満足することができる。
【0110】
(実施例2)
図7に示したプラズマ処理装置200を用いて、実施例1と同様の条件で長尺のプラスチックフィルム上にアモルファスシリコン薄膜を形成したところ、実施例1と同等の結果が得られた。
【0111】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、第1電極の少なくとも一部と第2電極の一部との対向部である第1空間において小サイズのプラズマを発生させ、そのプラズマに対して第2電極(およびその上に搭載された基板)を移動させることによって基板全面に均一なプラズマ処理が可能なプラズマ処理装置において、第2電極および基板と接触せずに、第1電極および、第2電極または基板と共に主ガス流路を構成するカバー体を設ける。このカバー体の連通導入口から第1空間を通ってカバー体の連通排気口に向かうプラズマ処理用ガスの主ガス流路の流線に急激な変化が加わらないように、第1電極、第2電極およびカバー体を配置してあるので、プラズマ空間にその流れを乱すことなく、大流量のプラズマ処理用ガスを供給すると共に、プラズマ処理後のガスを高速に排気することができる。また、主ガス流路中で第1空間から連通排気口に向かう流れのコンダクタンスが、第1空間から第2空間に向かう、主ガス流路以外の流れのコンダクタンスに比べて大きくなるように第1電極、第2電極およびカバー体が配置してあるので、主ガス流路以外へのガスのリークをさらに防いで主ガス流路内の気密性を一層高めることができる。これによって、プラズマ処理の高速化、プラズマ処理面の高品質化およびプラズマ処理の均一化という3つの要求を同時に満たすことができる。特に、大面積基板に対するプラズマ処理やシート状基板に対するプラズマ処理について、本発明によれば顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図2】第1の実施形態のプラズマ処理装置の主要部を示す斜視図である。
【図3】図2の平面PL1における断面を示す斜視図である。
【図4】図2の平面PL2における断面図である。
【図5】図3の各部分の分解斜視図である。
【図6】第1の実施形態のプラズマ処理装置における主ガス流路を示す拡大図である。
【図7】第2の実施形態のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図8】第2の実施形態のプラズマ処理装置の主要部を示す斜視図である。
【図9】図8の平面PL1における断面を示す斜視図である。
【図10】図8の平面PL2における断面図である。
【図11】図9の各部分の分解斜視図である。
【図12】第2の実施形態のプラズマ処理装置におけるカバー体を示す斜視図である。
【図13】第2の実施形態のプラズマ処理装置における主ガス流路を示す拡大図である。
【図14】変形例1のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図15】変形例2のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図16】変形例3のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図17】従来構成1のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図18】従来構成2のプラズマ処理装置の概略構成を示す断面図である。
【記号の説明】
1 チャンバ
2 第1電極
3 第2電極
4 第1ガス導入口
5 第1ガス排気口
6 第1ガス供給部
7 第1ガス排気部
8、9 配管
10 第2ガス導入口
11 第2ガス排気口
12 第2ガス供給部
13 第2ガス排気部
14 高周波電源
21 第1カバー体
22 第2カバー体
23 カバー体
23a 第2開口部
24 第2電極対向部
25 第1開口部
26 連通導入口
27 連通排気口
50 基板
100、200 プラズマ処理装置
FR、FR2 主ガス流路
SC 第1空間
SD 第2空間
G1、G2 ギャップ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method for performing film formation, processing, surface treatment, and the like on a substrate, and in particular, uniform, high quality, and high speed even for a large area substrate. The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of performing film formation, processing, surface treatment, and the like.
[0002]
[Prior art]
In plasma processing such as film formation, processing, and surface processing, it is desired to make the plasma processing uniform within the substrate surface, to improve the quality of the plasma processing surface, and to increase the plasma processing speed. In particular, in the manufacturing process of a thin-film Si solar cell that has attracted attention in recent years, an amorphous or microcrystalline Si thin film is formed on a glass substrate or a sheet-like substrate by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like. The demand for uniform and high quality of the Si thin film and the improvement of the deposition rate is very severe. In addition to this, the recent increase in substrate size has made the above requirements even more severe. Below, the prior art for meeting the said request | requirement is demonstrated.
[0003]
(1) Uniform plasma treatment for large area substrates
In order to meet this demand, plasma processing gas is uniformly supplied to the plasma space to generate a small plasma that can maintain a uniform discharge state, and the small plasma and the substrate are relatively moved. It is effective to perform the plasma treatment on the entire surface of the substrate by moving it. For example, a technique is known in which plasma processing is performed while moving the substrate in the longitudinal direction using a narrow electrode such that the length of the plasma generating portion in the longitudinal direction of the substrate is shorter than the length of the substrate in that direction. It has been. Conventional techniques based on this viewpoint are disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Nos. 6-252071, 8-277471, 2589599, and 2667665.
[0004]
(2) Improvement of plasma processing surface quality for large area substrates
In order to meet this requirement, it is necessary to quickly remove the reaction product from the plasma treatment so that it does not stay and adhere to the substrate. For this purpose, as in the method {circle around (1)} above, it is effective to use an electrode that generates a small-sized plasma and to efficiently exhaust the plasma-treated gas in the immediate vicinity of the plasma space. Conventional techniques based on this viewpoint are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 5-343338 and 2558999. Furthermore, it is important to exhaust the plasma-treated gas from the plasma space at a high speed, but the high-speed exhaust is not particularly described in the above publication. The importance of reducing the size of the plasma space and arranging the plasma-treated gas at high speed can be understood from the fact that the gas replacement time t in the plasma space is expressed by the following equation.
[0005]
t = V / Q (V: volume of plasma space, Q: flow rate of plasma processing gas)
[0006]
(3) Increase in plasma processing speed
(3) -a. Method 1 (Supplying large flow rate of plasma processing gas)
In order to increase the plasma processing speed, it is necessary to supply the plasma processing gas to the plasma space at a large flow rate corresponding to the processing speed. For this purpose, a cover body is provided so as to surround the pair of electrodes, and a large flow rate from the gas inlet port to the gas exhaust port through the plasma space by the gas inlet port and the gas exhaust port provided in the cover body. It is effective to form a high-speed gas flow. According to this method, since the gas flow is regulated by the cover body, leakage of the gas flow to the outside of the plasma space can be reduced, and a high-speed gas flow having a large flow rate can be formed. Conventional techniques based on this viewpoint include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 62-94922, 62-172146, 1-309975, 6-248457, and Japanese Patent Publication No. 7-100787. Etc. are disclosed.
[0007]
(3) -b. Method 2 (High pressure of plasma processing gas)
In order to increase the speed of the plasma processing, it is effective to increase the partial pressure of the reaction gas in the plasma processing gas in the plasma space in combination with the method 1 of (3) -a. Note that the reactive gas refers to a gas that actually contributes to the plasma treatment in distinction from the dilution gas. This technique is effective for increasing the processing speed, but it becomes difficult to stably generate plasma when the partial pressure of the reaction gas is increased. Therefore, in Japanese Patent Publication No. 6-60412, Japanese Patent No. 2700197 and Japanese Patent Laid-Open No. 6-299358, by diluting a high partial pressure reaction gas with a large amount of inert gas, There has been disclosed a technique for generating stable plasma even when the partial pressure of the reaction gas is increased, that is, even under a high-pressure plasma processing gas atmosphere. According to the methods of these publications, since a large amount of inert gas is added to the reaction gas, the plasma can be stably maintained even if the partial pressure of the reaction gas in the chamber is increased, and the processing speed can be improved. it can. However, in this method, since the pressure of the plasma processing gas in the chamber is set to a high pressure, plasma cannot be stably generated unless the distance between the pair of electrodes is narrowed. That is, in order to stably generate plasma at a high pressure, it is necessary to narrow the distance between the pair of electrodes. However, when the distance between the electrodes is narrowed, it is difficult to stably supply a large flow rate of the plasma processing gas between the electrodes due to friction loss of the gas flow.
[0008]
Hereinafter, a specific plasma processing apparatus capable of satisfying each of the above-mentioned (1) to (3) or two of the requirements will be described based on the conventional method.
[0009]
(A) Configuration 1 based on the prior art (a plasma processing apparatus that satisfies the requirements of (1) and (2) above)
As a plasma processing apparatus that satisfies the above requirements (1) and (2), for example, a configuration in which the contents disclosed in Japanese Patent No. 2667665 and the contents disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-343338 are combined. Conceivable. A plasma processing apparatus based on this viewpoint is shown in FIG.
[0010]
In FIG. 17, 501 is a chamber, 502 is a first electrode facing the substrate 550, 503 is a second electrode on which the substrate 550 is mounted, 504 is a gas inlet for introducing a plasma processing gas into the plasma space, and 505 is plasma. It is a gas exhaust port for exhausting the treated gas.
[0011]
In this plasma processing apparatus, when a plasma processing gas is introduced into the chamber 501 from the gas inlet 504 and a high frequency voltage is applied between the first electrode 502 and the second electrode 503, plasma based on the plasma processing gas is obtained. P is generated. A portion of the substrate 550 facing the first electrode 502 is plasma-treated by the action of the plasma P. Then, the plasma-treated gas is exhausted from the gas exhaust port 505. Here, the length of the plasma P in the X direction in the figure is shorter than the length of the substrate 550 in that direction, but by moving the second electrode 503 in the X direction, Plasma treatment is performed.
[0012]
Since the plasma P generated in the plasma processing apparatus is small in size, the plasma processing gas can be supplied uniformly to the plasma space, and a uniform discharge state can be maintained. That is, the plasma treatment can be performed uniformly on the portion facing the small-sized plasma P. Since the substrate 550 moves to face the plasma P with good uniformity, uniform plasma processing can be performed even on a large-area substrate. Further, the plasma P has a small size (volume of the plasma space), and furthermore, the gas after the plasma treatment is exhausted by the gas exhaust port 505 provided in the immediate vicinity, so that the time for which the reaction product stays in the plasma space is increased. Short and high quality plasma processing can be achieved.
[0013]
(B) Configuration 2 based on the prior art (plasma processing apparatus that satisfies the requirements of (3) above)
The contents disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 6-248457 as a plasma processing apparatus that satisfies the requirement (3) will be described with reference to FIG. The contents disclosed in this publication are based on the method 1 of the above (3) -a, and it is difficult to achieve compatibility with the method 2 of the above (3) -b. This point will be discussed later.
[The invention is solved]
This is explained in [Problems to be solved].
[0014]
In FIG. 18A, 601 is a chamber, 602 is a first electrode facing the substrate 650, 603 is a second electrode on which the substrate 650 is mounted, 604 is a gas inlet for introducing a plasma processing gas into the plasma space, Reference numeral 605 denotes a gas exhaust port for exhausting the plasma-treated gas. Reference numerals 606 and 607 respectively denote a gas supply unit and a gas exhaust unit provided to face each other with a space 611 between the first electrode 602 and the second electrode 603 interposed therebetween. The gas supply means 606 is provided with a number of jet outlets 608, and the gas exhaust means 607 is provided with a number of suction ports 609. Further, as shown in FIG. 18B, which is a cross-sectional view seen from a direction orthogonal to FIG. 18A, a partition plate 610 made of an insulator is raised at the edge of the second electrode 603. Is formed.
[0015]
In this plasma processing apparatus, a space 611 between the first electrode 602 and the second electrode 603 is partitioned in a box shape by a gas supply unit 606, a gas exhaust unit 607, and a partition plate 610. For this reason, the plasma processing gas introduced from the gas introduction port 604 can be stably supplied from the jet outlet 608 of the gas supply means 606 to the box-shaped space 611 at a large flow rate. The plasma P generated by applying a high frequency voltage between the first electrode 602 and the second electrode 603 can be confined in the box-shaped space 611. Further, the plasma-treated gas can be exhausted from the box-shaped space 611 through the suction port 609 of the gas exhaust means 607 at high speed.
[0016]
According to this configuration, since the plasma processing gas flows stably in the box-shaped space 611 without leaking to the region other than the box-shaped space portion 611, a large flow rate of the plasma processing gas is stably supplied to the plasma space. The film formation rate can be increased by supplying the film. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed. However, in this case, since the plasma faces the entire surface of the substrate and its size is large, the residence time of the reaction product by the plasma treatment is not necessarily short. This can be understood from the fact that the gas replacement time t in the plasma space is expressed by the following equation.
[0017]
t = V / Q (V: volume of plasma space, Q: flow rate of plasma processing gas)
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
Any of the above-mentioned conventional techniques can satisfy each of the above-mentioned (1) to (3) or two of the requirements, but satisfy all the requirements of (1) to (3). I couldn't. Below, the problems of the prior art will be specifically described.
[0019]
(A) Regarding the problem of configuration 1 above
The configuration of the plasma processing apparatus shown in FIG. 17 is particularly effective for achieving uniform plasma processing within the substrate surface and improving the quality of the plasma processing surface for a large-area substrate.
[0020]
However, there is a difficulty in further increasing the plasma processing speed. That is, in order to perform high-speed processing, it is necessary to supply a plasma flow gas having a flow rate sufficient to meet the processing speed to the plasma space. However, the plasma processing apparatus shown in FIG. It is difficult to supply. In FIG. 17, the desired gas flow path for the plasma processing gas is a path from the gas inlet 504 to the plasma space P to the gas exhaust 505, as indicated by FJ in the figure. However, in this flow path FJ, since the streamline changes abruptly, the conductance is small and it is difficult to supply a large flow rate gas. Furthermore, a gas flow that branches in a direction other than the desired flow path is also generated. Even if a large flow rate of gas is flowed, the flow is disturbed due to a sudden change in streamlines in the flow path. This causes non-uniformity of the plasma processing and quality degradation of the plasma processing surface, and the original effect is lost. This problem becomes more prominent when the pressure of the plasma space is further increased (method 2 of (3) -b above) in order to increase the processing speed. This is mainly due to the fact that the distance between the pair of electrodes must be narrowed in order to increase the pressure in the plasma space. That is, since the distance between the pair of electrodes is narrow, the conductance of the gas flow flowing between the electrodes is small, and it becomes difficult to stably supply a large flow rate of the plasma processing gas to the plasma space. Therefore, with this configuration, the requests (1) and (2) and the request (3) cannot be satisfied at the same time.
[0021]
(B) Regarding the problem of configuration 2 above
In the configuration of the plasma processing apparatus shown in FIG. 18, the cover for restricting the gas flow path in the plasma space is constituted by the gas supply means 606, the gas exhaust means 607, and the partition plate 610. Can be stably supplied to the plasma space at a high flow rate without leaking to a region other than the plasma space.
[0022]
However, since this cover completely surrounds the space 611 between the first electrode 602 and the second electrode 603, this technique is configured to move the substrate with respect to a small-sized plasma (the above-described configuration 1). ) Is not applicable. That is, the substrate cannot be moved in the geometrical arrangement of the configuration of FIG. Therefore, in this configuration, even though the requirement (3) can be satisfied, the requirements (1) and (2) cannot be satisfied. Further, when the plasma space is increased in pressure to increase the processing speed (method 2 of (3) -b above) and the distance between the pair of electrodes is narrowed, implementation of this configuration becomes difficult. The reason is that it is difficult to stably supply the plasma processing gas at a large flow rate over a long distance corresponding to the substrate size with respect to a narrow electrode interval in view of loss of gas flow.
[0023]
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and in plasma processing such as film formation, processing, and surface treatment, a large flow rate can be achieved while moving a substrate with respect to a small-size plasma. The plasma processing gas is stably supplied to the plasma space and the reaction products are removed quickly to simultaneously satisfy the three requirements of high processing speed, uniform plasma processing, and high quality plasma processing surface. Furthermore, it aims at providing the plasma processing apparatus and plasma processing method which can respond also to a large sized substrate and a sheet-like board | substrate.
[0024]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention achieves the progressive effect of simultaneously satisfying the above three requirements that cannot be achieved by simply combining them while incorporating the conventional technical idea by a new configuration. .
[0025]
In the plasma processing apparatus of the present invention, a second electrode on which a first electrode and a substrate are mounted is disposed in a chamber having a first gas inlet and a first gas outlet, and at least a part of the first electrode A part of the second electrode is disposed opposite to the first space and only through the substrate, and a plasma processing gas is introduced into the first space from the first gas inlet. By applying a high frequency voltage between the first electrode and the second electrode, generating plasma in at least a part of the first space, and further moving the second electrode on which the substrate is mounted A plasma processing apparatus for performing plasma processing on the substrate, the communication introduction port communicating with the first gas introduction port, the communication exhaust port communicating with the first gas exhaust port, and an opening in the first space The first opening and the first opening in the vicinity of the first opening; A cover body having an electrode or a second electrode facing portion opposed to the substrate across a second space, the cover body not contacting the second electrode and the substrate, the first electrode, and Together with the second electrode or the substrate, a main gas flow path of the plasma processing gas is formed from the communication introduction port through the first space to the communication exhaust port, and the plasma flowing through the main gas flow channel The first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that a rapid change is not applied to the flow line of the processing gas, thereby achieving the above object.
[0026]
The conductance of the flow from the first space toward the communication exhaust port in the main gas flow path is larger than the conductance of the flow from the first space to the second space other than the main gas flow path. Thus, it is preferable that the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged.
[0027]
The chamber further includes a second gas introduction port, and a gas having the same component as the plasma processing gas or an inert gas is introduced into the chamber from the second gas introduction port, and the chamber other than the main gas flow path The pressure in the region may be maintained at a pressure higher than the pressure in the main gas flow path.
[0028]
In the portion where the plasma is generated in the first space, the flow line of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path is in a direction substantially along the substrate surface, the first electrode, Two electrodes and the cover body may be arranged.
[0029]
The first electrode may have a curved surface shape at least in the first space.
[0030]
At a substantially central portion in the width direction of the main gas flow path, a streamline of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path is substantially U-shaped over the communication introduction port, the first space, and the communication exhaust port. The first electrode, the second electrode, and the cover body may be arranged so as to have a shape.
[0031]
The first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged such that the width of the main gas flow path is minimized at the substantially U-shaped tip, and the width of the main gas flow path is minimized. Plasma may be generated in the vicinity of the portion.
[0032]
At a substantially central portion in the width direction of the main gas flow path, a streamline of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path extends substantially linearly from the communication introduction port, the first space, and the communication exhaust port. The first electrode, the second electrode, and the cover body may be arranged so that
[0033]
The second electrode may have a cylindrical shape and be rotatable about a central axis thereof.
[0034]
A sheet-like substrate may be mounted as the substrate, and the sheet-like substrate may be movable while closely contacting the second electrode by rotation of the second electrode.
[0035]
The first electrode has a curved portion at least in the first space, and the radius of curvature of the curved portion of the first electrode and the radius of the cylindrical second electrode are substantially the same, and the first electrode The tip of the curved portion and the tip of the cylindrical second electrode are substantially opposed to each other, and the width of the main gas flow path is such that the tip of the first electrode and the tip of the second electrode The first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so as to be minimized at the portion facing the portion, and plasma is generated in the vicinity of the portion facing the width of the main gas channel being minimized. You may let them.
[0036]
The plasma processing method of the present invention performs plasma processing on a substrate using the plasma processing apparatus of the present invention, thereby achieving the above object.
[0037]
The operation of the present invention will be described below.
[0038]
In the present invention, a small-size plasma is generated in the first space, which is the facing portion between at least a part of the first electrode and a part of the second electrode, and the second electrode (and the In a plasma processing apparatus capable of performing uniform plasma processing on the entire surface of the substrate by moving the substrate mounted thereon, the first electrode and the cover that constitutes the main gas flow path together with the second electrode or the substrate are provided. . At this time, the first electrode, the first electrode, and the second electrode are arranged so that a rapid change is not applied to the flow line of the main gas flow path of the plasma processing gas from the communication introduction port of the cover body through the first space to the communication exhaust port of the cover body. Two electrodes and a cover body are arranged. This reduces the loss of the main gas flow path, increases the conductance, stably supplies a large flow rate of plasma processing gas to the plasma region, and at the same time delivers the plasma-treated gas from the communication outlet of the cover body at high speed. It is possible to exhaust. The cover body is not in contact with the second electrode and the substrate in order to move the second electrode, and is opposed to the second electrode or the substrate with a second space in the vicinity of the first opening. But the conductance of the flow from the first space toward the communication exhaust port in the main gas flow path is the flow conductance other than the main gas flow path from the first space to the second space. Since the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so as to be larger than the gas flow, it is possible to suppress the leakage of gas to other than the main gas flow path and to stably generate a plasma with a large flow rate. While being supplied to the space, the plasma-treated gas can be exhausted at high speed from the communication exhaust port of the cover body without retaining the gas.
[0039]
Furthermore, by introducing a gas having the same component as the plasma processing gas or an inert gas into the chamber from the second gas inlet, the pressure in the region other than the main gas channel is higher than the pressure in the main gas channel. By maintaining the pressure, leakage of the plasma processing gas from the main gas channel to the outside of the main gas channel can be suppressed.
[0040]
In the portion where the plasma in the first space is generated, the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that the stream line of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path is substantially along the substrate surface. If arranged, the loss of gas flow is small in the plasma generation region, and the flow is stabilized.
[0041]
For example, as shown in a first embodiment to be described later, at a substantially central portion in the width direction of the main gas channel, the stream line of the plasma processing gas flowing through the main gas channel is connected to the communication inlet of the cover body, the first If the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so as to be substantially U-shaped over the space and the communication exhaust port, a rapid change is not applied to the streamline of the main gas flow path of the plasma processing gas. It is possible to In this case, even if the cover body is located above without contacting the substrate, the plasma processing gas is supplied from the first opening to the obliquely downward substrate. And since the gas after a plasma process flows and exhausts in the diagonally upward direction of the direction which leaves | separates from a board | substrate, it is suppressed that a reaction product adheres to a board | substrate. Furthermore, if the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that the width of the main gas flow path is minimized at the end of the substantially U-shaped bent portion, the width of the minimum width portion is very narrow. However, since such a narrow channel is provided only in a part of the main gas channel, the friction loss of the gas flow is greatly reduced. If plasma is generated in the vicinity of the portion where the width of the main gas flow path is minimized, it is possible to generate plasma under high pressure while stably flowing a large flow rate of plasma processing gas.
[0042]
Alternatively, as shown in a second embodiment to be described later, at a substantially central portion in the width direction of the main gas channel, a stream line of the plasma processing gas flowing through the main gas channel is connected to the communication inlet, the first space, and Even if the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so as to be substantially straight over the communication exhaust port, a sudden change is not applied to the streamline of the main gas flow path of the plasma processing gas. Is possible.
[0043]
Furthermore, the second electrode may have a cylindrical shape and can be rotated around its central axis. The sheet-like substrate can be mounted on the second electrode, and the sheet-like substrate can be moved while being in close contact with the second electrode by the rotation of the second electrode.
[0044]
In this case, a curved surface portion of the first electrode is formed at least in the first space, the radius of curvature of the curved surface portion of the first electrode is substantially the same as the radius of the cylindrical second electrode, and the curved surface of the first electrode is formed. A small-sized plasma can be generated by substantially opposing the tip of the shape portion and the tip of the cylindrical second electrode.
[0045]
Furthermore, if the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that the main gas flow path has a substantially symmetrical shape with respect to the center line in the width direction, the main gas flow path of the plasma processing gas is further increased. It is possible to prevent a sudden change in the streamline. Further, if the width of the main gas flow path is minimized at the facing portion between the front end portion of the first electrode and the front end portion of the second electrode, and plasma is generated in the vicinity thereof, it is possible for stable high flow rate plasma processing. Plasma can be generated under high pressure while flowing gas.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0047]
(First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment, FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the plasma processing apparatus 100, and FIG. 3 shows a cross section in a plane PL1 of FIG. 4 is a cross-sectional view of the plane PL2 in FIG. 2, FIG. 5 is an exploded perspective view of each part of FIG. 3, and FIG. 6 is a main gas flow path FR in the plasma processing apparatus 100. FIG. Hereinafter, the plasma processing apparatus and the plasma processing method thereof according to the present embodiment will be described with reference to FIGS.
[0048]
(A) Components of the plasma processing apparatus 100
Hereinafter, components of the plasma processing apparatus 100 will be described mainly with reference to FIG.
[0049]
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a chamber, and a first gas introduction port 4 and a first gas exhaust port 5 are provided on a wall surface of the chamber. The first gas introduction port 4 is connected to a first gas supply unit 6 that supplies a plasma processing gas by a pipe 8, and the first gas exhaust port 5 is a first gas exhaust unit 7 that exhausts the plasma-treated gas. Are connected by a pipe 9. Further, as shown in FIG. 1, a second gas introduction port 10 and a second gas exhaust port 11 are provided on the wall surface of the chamber 1 and are connected to a second gas supply unit 12 and a second gas exhaust unit 13, respectively. Is preferred.
[0050]
Reference numeral 2 denotes a first electrode facing the substrate 50, and 3 denotes a flat plate-like second electrode on which the substrate 50 is mounted. The second electrode 3 is grounded and can be moved in the X direction in the figure by a drive mechanism (not shown). The first electrode 2 has a curved surface shape 2a in at least an opening (first opening) 25 of a cover body 23 (first cover body 21) described later. In the present embodiment, the cross-sectional shape of the first electrode 2 is a semicircular shape. For example, an arc-shaped cross section having a central angle of 180 ° or less may be used, or an arbitrary curved surface having a plurality of curvatures may be used. In the first opening 25 of the first cover body 21, the first electrode 2 and the second electrode 3 are opposed to each other with only the substrate 50 across the space (first space) SC. The tip 2at of the curved surface 2a of the first electrode 2 faces the substrate 50 with a gap G1 therebetween. In the vicinity of the tip portion 2at, a small-sized plasma P as shown in FIG.
[0051]
The 1st electrode 2 is being fixed to the cover body 23 (2nd cover body 22) which consists of an insulator in the back surface 2b. The 2nd cover body 22 has the groove part (or hole part) 22a penetrated to an up-down direction, and the 1st electrode 2 is connected to the high frequency power supply 14 through this groove part 22a.
[0052]
The first cover body 21 is shaped so as to surround the first electrode 2 and the second cover body 22 without contacting the substrate 50 and the second electrode 3. The first cover body 21 is an insulator, but the outer wall portion thereof may be covered with a conductor to have a ground potential. If it does in this way, the 1st electrode 2 and the outer wall part of the 1st cover body 21 will have a coaxial structure, and it is desirable from a viewpoint of high frequency electric power transmission.
[0053]
The first cover body 21 has an opening in the first space SC in which at least a part of the first electrode 2 and a part of the second electrode 3 face each other. Hereinafter, the opening 25 is referred to as a first opening. . In the vicinity of the first opening 25, the bottom surface 24 of the first cover body 21 faces the substrate 50 across the second space SD of the gap G2, and this bottom surface 24 is hereinafter referred to as a second electrode facing portion. . The gap G2 is preferably set as narrow as possible within a range where the first cover body 21 and the substrate 50 do not contact each other. Further, it is preferable that the length of the second electrode facing portion 24 in the X direction in FIG. 1 is as long as possible. Furthermore, the gap G2 is preferably set narrower than the gap G1.
[0054]
The first cover body 21 has downward projecting portions 21f as shown in FIG. 2 at both ends in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. The downward projecting portion 21f covers the substrate 50 and the second electrode 3 with a minute gap as much as possible. Moreover, the 1st cover body 21 has the recessed part 21a as shown in FIG. 5, and the 2nd cover body 22 has the attaching part 22b corresponding to this. The mounting portion 22b is fitted into the recess 21a, and the first cover body 21 and the second cover body 22 are integrated to form an integral structure (cover body 23). In the present embodiment, since the first electrode 2 is fixed to the second cover body 22, the cover body 23 and the first electrode 2 are also an integral structure. Further, as shown in FIGS. 4 and 5, the inner wall surface 21 e of the first cover body 21 is substantially in contact with the end surface 2 e of the first electrode 2 and the end surface 22 e of the second cover body 22.
[0055]
The cover body 23 is provided with a communication introduction port 26 and a communication exhaust port 27 as shown in FIGS. 2 and 3 by the first cover body 21 and the second cover body 22. As shown in FIG. 1, the communication inlet 26 communicates with the first gas inlet 4 and the communication outlet 27 communicates with the first gas outlet 5 in an airtight manner.
[0056]
The shape of the first cover body 21 and the second cover body 22 is such that the flow of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path FR, which will be described later, is configured together with the first electrode 2 and the second electrode 3 or the substrate 50. There is no particular limitation as long as the shape does not cause a sudden change in the line. Further, it is preferable that the conductance of the flow from the first space SC toward the communication exhaust port 5 is larger than the conductance of the flow other than the main gas flow path from the first space SC to the second space SD. . In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the shape of the first cover body 21 is such that the inner wall surface 21c is a planar shape and the subsequent inner wall surface 21d is a curved surface shape so that they are smoothly connected. Yes. The wall surface 22 c of the second cover body 22 is smoothly connected to the semicircular surface 2 a of the first electrode 2. Further, the gap G2 is narrowed in a range where the first cover body 21 and the substrate 50 do not contact each other, the length of the second electrode facing portion 24 in the X direction in FIG. 1 is set, and the gap G2 is set narrower than the gap G1. It is.
[0057]
The planar inner wall surface 21c of the first cover body 21 is opposed to the planar wall surface 22c of the second cover body 22 via the spaces SA1 and SA2, and the curved inner wall surface 21d of the first cover body 21 is the first electrode. 2 is opposed to the curved surface 2a via the spaces SB1 and SB2. Here, the left space in FIG. 1 is distinguished as SA1 and SB1, and the right space is distinguished as SA2 and SB2.
[0058]
The radius of curvature of the inner wall surface 21 d of the first cover body 21 is larger than the radius of the curved surface 2 a of the first electrode 2. Further, the center of curvature of the inner wall surface 21d is, for example, on the Y axis in FIG. 1 like the center of the curved surface 2a, and is located above the center of the curved surface 2a. As a result, the width of the space SB1 gradually decreases from the space SA1 to the first space SC, and the width of the space SB2 gradually increases from the first space SC to the space SA2. Furthermore, the width of the main gas flow path FR, which will be described later, at the boundary between the space SB1 and the space SB2 and the first space SC (the end of the first opening 25) is the tip 2at of the curved surface 2a of the first electrode 2. Is set wider than the gap G <b> 1 between the substrate 50 and the substrate 50.
[0059]
(B) Main gas flow path FR in plasma processing apparatus 100
(B-1) Configuration of main gas flow path FR
Next, the gas flow path of the plasma processing gas in the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is an enlarged view of the main gas flow path FR in FIG.
[0060]
The plasma processing gas is introduced into the chamber 1 from the first gas introduction port 4 through the communication introduction port 26 of the cover body 23 that is in airtight communication therewith. Then, the air is guided to the first space SC through the substantially airtight spaces SA1 and SB1. The plasma processing gas that has reached the first space SC is exhausted to the outside of the chamber 1 through the first exhaust port 5 that communicates with the communication exhaust port 27 in an airtight manner mainly through the substantially airtight spaces SB2 and SA2. Then, the gas flow path FR including the communication introduction port 26 to the space SA1 to the space SB1 to the first space SC to the space SB2 to the space SA2 to the communication exhaust port 27 becomes a main gas flow channel. As is apparent from FIG. 6, the main gas flow path FR includes the first electrode 2 and the second electrode 3 (or the substrate 50), and the cover body 23 including the first cover body 21 and the second cover body 22. It is comprised by the wall surface.
[0061]
The width of the main gas flow path FR is sufficiently wide and constant in the space SA1. As described above, the boundary between the space SA1 and the space SB1 is smoothly connected. Further, in the space SB1, the width of the main gas flow channel FR gradually decreases from the space SA1 to the first space SC. The width GW of the main gas flow path FR at the boundary between the space SB1 and the first space SC is set wider than the gap G1 between the tip portion 2at of the first electrode 2 and the substrate 50. After the gas flow passes through the space SB1, the wall surface that regulates one side surface of the gas flow is inherited from the inner wall surface 21d of the first cover body 21 to the surface of the substrate 50, and the first electrode 2 in the first space SC. A main gas flow path FR is formed by the curved surface 2 a and the surface of the substrate 50. Then, the width of the main gas flow channel FR gradually decreases from the space SB1 to the tip 2at of the curved surface 2a of the first electrode 2, and becomes the minimum width G1 at the tip 2at. Here, there is a concern that the gas flow from the space SB1 to the first space SC becomes unstable due to a change in the wall surface that regulates the gas flow. However, a state close to one wall surface SCW of the ideal virtual flow tube can be obtained by the inertia of the gas flow and the regulation surfaces of the width GW and the width G1 that regulate the gas flow. In the present embodiment, the width of the main gas flow path FR in the space SA1 is about 50 mm, the length is 100 mm, and the width of the main gas flow path FR in the space SB1 is gradually narrowed from the space SA1 to the first space SC. The width GW at the boundary was about 3 mm. Further, the radius of the first electrode 2 is set to 100 mm, the length of the main gas flow path FR in the first opening 25 (first space SC) is set to 50 mm, and the gap between the tip portion 2 at of the first electrode 2 and the substrate 50 is set. The gap G1 was about 2 mm. Further, the gap G2 was about 1 mm, and the length of the second electrode facing portion 24 in the X direction in FIG. 1 was 140 mm. Regarding the main gas flow path FR from the first space SC to the space SA2 through the space SB2, the change in the width is opposite to that of the main gas flow path FR from the space SA1 to the first space SC through the space SB1. Since there is the same, explanation is omitted. In addition, in the main gas flow path FR, you may provide a well-known gas dispersion plate suitably for the further stabilization of a flow.
[0062]
(B-2) Effect of main gas flow path FR
(B-2-1) In the present embodiment, the width of the main gas flow path FR gradually decreases from the space SB1, becomes the minimum at the distal end portion 2at of the first electrode 2, and then gradually increases toward the space SB2. It is getting wider. Further, the streamline F at the center in the width direction of the main gas flow channel FR has a substantially U shape as shown in FIG. Therefore, there is no sudden change in the flow line of the plasma processing gas over the entire width direction of the main gas flow path FR, and the loss of the gas flow can be greatly reduced. As a result, a large flow rate of the plasma processing gas can be stably supplied to the plasma space P without disturbing the flow. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without stagnation.
[0063]
(B-2-2) In the present embodiment, as shown in FIG. 6, the plasma P is generated only in the portion where the width of the main gas flow path FR is the minimum in the vicinity of the tip portion 2 at of the first electrode 2. Therefore, it is possible to generate a small-sized plasma that can maintain a uniform discharge state. The set value of the width G1 of the minimum width portion varies depending on the pressure of the plasma processing gas in the plasma space, but when the pressure is set to 100 Torr or higher in order to increase the plasma processing speed, as will be described later, It is about several hundred μm to several mm. In the present embodiment, such a narrow flow path is provided only in a part of the main gas flow path FR, so that the friction loss of the gas flow can be greatly reduced. As a result, even when the electrode gap (gap G1) is narrowed to generate plasma under high pressure, a large flow rate of plasma processing gas can be stably supplied. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without stagnation.
[0064]
(B-2-3) In the present embodiment, the streamline in the main gas flow path FR has a smooth substantially U shape and is a direction along the substrate 50 in the plasma space P. For this reason, even if the cover body 23 is located on the upper side without coming into contact with the substrate 50 so that the second electrode 3 on which the substrate 50 is mounted can be moved, the cover body 23 is inclined downwardly from the first opening 25. A plasma processing gas can be supplied onto the substrate 50 in the direction. Moreover, since the streamline of the gas flow is the direction along the substrate 50 in the plasma space P, the loss of the gas flow is small and a stable flow can be obtained. Then, the gas after the plasma treatment including the reaction product is exhausted by a flow in an obliquely upward direction that is a direction away from the substrate 50, so that the reaction product can be prevented from adhering to the substrate 50.
[0065]
(B-2-4) In the present embodiment, the main gas flow channel FR is not subjected to a rapid change in the flow line in the flow channel, and only a part of the flow channel has a narrow width. The conductance of the main gas flow path FR can be increased. Further, the streamline in the main gas flow path FR has a smooth substantially U shape, and the direction of the velocity vector is a direction in which leakage occurs outside the main gas flow path FR (first space SC → second space SD). Are very different. Therefore, even if the cover body 23 is not in contact with the substrate 50 and the second electrode 3, it is possible to prevent the gas from leaking outside the main gas flow path FR from the first space SC toward the second space SD. Can do. Accordingly, it is possible to stably supply a large flow rate of the plasma processing gas to the plasma space while maintaining the inside of the main gas channel substantially in a substantially airtight state. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without being retained.
[0066]
(C) Airtightness in the main gas flow path FR
In the present embodiment, the main gas flow path FR has a large conductance without a sudden change in the streamline. Further, since the direction of the velocity vector is greatly different from the direction of external leakage (first space SC → second space SD), there is little leakage to the external space from the first space SC to the second space SD, and the airtightness. A stable gas flow with a large flow rate can be formed while maintaining the above. However, in order for the main gas flow channel FR to exhibit the above-described effect (B-2) more significantly, it is desirable to further improve the airtightness in the main gas flow channel FR by the following method.
[0067]
(C-1) As shown in FIG. 6, the conductance of the gas flow flowing through the first space SC → the second space SD is sufficiently smaller than the conductance of the gas flow flowing through the first space SC → the space SB2 → the space SA2. Set as follows. That is, as described above, the gap G2 of the second space SD provided for enabling the movement of the second electrode 3 on which the substrate 502 is mounted is possible in a range where the first cover body 21 and the substrate 50 do not contact each other. It is set as narrow as possible, and the length of the second electrode facing portion 24 is set as long as possible in the X direction in the figure. Furthermore, by setting the gap G2 of the second space SD to be narrower than the minimum flow path width G1 in the main gas flow path FR, the airtightness of the main gas flow path FR can be significantly improved.
[0068]
(C-2) As shown in FIG. 2, the provision of the downward projecting portion 21f of the first cover body 21 is effective for improving the airtightness in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. Since the downward projecting portion 21f covers the substrate 50 and the second electrode 3 with a gap as small as possible, the conductance of the space between them is also the first space in the main gas flow path FR as described above. It can be set to be sufficiently smaller than the conductance of the gas flow flowing through SC → space SB2 → space SA2.
[0069]
(C-3) It is also effective to slightly increase the pressure in the region other than the main gas flow path FR in the chamber 1 than the pressure in the main gas flow path FR. Thereby, the airtightness in the main gas flow path FR can be improved due to the pressure difference. Specifically, as shown in FIG. 1, a second gas introduction port 10 and a second gas exhaust port 11 are provided on the wall surface of the chamber 1, and a gas of the same component as the plasma processing gas or an inert gas in the chamber 1. Introduce gas. Then, the pressure in the region other than the main gas flow path FR in the chamber 1 is kept slightly higher than the pressure in the main gas flow path FR. Thereby, it can suppress that gas leaks from the inside of the main gas flow path FR to the exterior. In this case, there is a possibility that gas is mixed from the outside of the main gas flow channel FR into the main gas flow channel FR, but only a trace amount of a gas having the same component as the plasma processing gas or an inert gas is mixed. Therefore, no particular problem occurs.
[0070]
(D) Plasma processing method by plasma processing apparatus 100
Next, an example of a plasma processing method using the plasma processing apparatus 100 will be described mainly with reference to FIG.
[0071]
First, the inside of the chamber 1 is brought into a reduced pressure state by the first gas exhaust part 7 and the second gas exhaust part 13. Next, a plasma processing gas is introduced into the chamber 1 from the first gas supply unit 6 and the second gas supply unit 12.
[0072]
In the region other than the main gas flow path FR (communication introduction port 26 to space SA1 to space SB1 to first space SC to space SB2 to space SA2) and the main gas flow path FR in the chamber 1 In the state where the pressure becomes a predetermined pressure, the first gas supply unit 6 and the first gas exhaust unit 7 are used for the purpose of each plasma processing such as film formation, processing, and surface treatment in the main gas flow path FR. A plasma processing gas having a predetermined flow rate is supplied. The route from the first gas supply unit 6 to the first gas exhaust unit 7 may be circulated by a circulation system (not shown). The second gas supply unit 12 and the second gas exhaust unit 13 adjust the pressure in the region other than the main gas flow channel FR so as to be slightly higher than the pressure in the main gas flow channel FR.
[0073]
As the plasma processing gas, for example, a mixed gas of an inert gas and a reactive gas can be used. As the inert gas, He gas, Ar gas, Ne gas, or the like can be used alone or mixed with each other. However, in consideration of discharge stability and damage to the substrate, it is desirable to use He gas. On the other hand, as the reactive gas, a gas corresponding to the purpose of the plasma treatment is used. For example, when an amorphous or microcrystalline Si thin film is formed, SiH Four A gas containing Si atoms such as gas alone or H 2 It can be used by mixing with other gases. In addition, when processing Si-based substrates, SF 6 And CF Four Halogen gas such as single substance or O 2 It can be used by mixing with other gases. Further, when a hydrophilic surface treatment is performed, an organic solvent such as alcohol can be used. Note that the gas supplied from the second gas supply unit 12 may include only the inert gas without including the reaction gas.
[0074]
The pressure of the plasma processing gas in the main gas flow path FR is preferably set to a relatively high pressure in order to increase the processing speed of the plasma processing. For example, if the reaction gas partial pressure is set to a high pressure of 10 Torr or more in order to increase the processing speed, a large amount of inert gas is added to stably generate plasma, so the pressure of the plasma processing gas is total. It becomes about 100 Torr or more. In this case, the gap G1 between the tip portion 2at of the first electrode 2 and the substrate 50 needs to be as narrow as several hundreds μm to several mm. However, according to the configuration of the plasma processing apparatus 100 of the present embodiment, this is the case. It is possible to stably supply a large flow rate of plasma processing gas even for such a narrow gap. For example, even if the pressure of the plasma processing gas is 160 Torr and the gap G1 is set to about 2 mm, a plasma processing gas of several hundred l / min or more can be supplied to the plasma space.
[0075]
In this manner, a high frequency voltage is applied between the first electrode 2 and the second electrode 3 from the high frequency power supply 14 in a state where a predetermined flow rate of the plasma processing gas is allowed to flow through the main gas flow path FR. Here, since the first electrode 2 has the curved surface shape 2a, an electric field strength distribution is generated in the first space SC. Then, a small-sized plasma P as shown in FIG. 6 is generated in the vicinity of the distal end portion 2at of the first electrode 2 having a high electric field strength. A predetermined plasma treatment is performed on the substrate 50 by the reactive species based on the reactive gas in the plasma P. For example, SiH Four Gas and H 2 When a reaction gas mixed with a gas is used, an amorphous or microcrystalline Si thin film is formed on the substrate 50. The region where the plasma P is generated varies depending on the pressure of the plasma processing gas, but the length of the plasma P in the X direction in FIG. 6 becomes shorter as the pressure of the plasma processing gas becomes higher. Since the plasma P that is short in the X direction can be subjected to plasma processing only on a part of the substrate 50, the entire surface of the substrate 50 is further subjected to plasma processing by moving the second electrode 3 in the X direction. . Further, the cover body 23 is not in contact with the substrate 50 and the second electrode 3 in order to move the substrate 50, but as described in the above (B) and (C), the cover body 23 is large in the main gas flow path FR. The gas for plasma processing at a flow rate can be flowed stably.
[0076]
(E) Effects of the first embodiment
(E-1) First effect (uniformization of plasma processing for a large area substrate)
In the present embodiment, since the first electrode 2 having the curved surface shape 2a is used, it is possible to generate a small-size plasma with good uniformity as in the configuration 1 based on the prior art shown in FIG. . Therefore, by moving the substrate 50, uniform plasma treatment can be performed within the substrate surface even for a large-area substrate.
[0077]
(E-2) Second effect (improving the quality of the plasma processing surface for a large area substrate)
In the present embodiment, since the main gas flow path FR exhibits the effect as described in (B-2) above, the cover body 23 is provided with the substrate 50 and the second electrode in order to move the substrate with respect to the small-size plasma. Even if it is not in contact with the gas 3, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed. Due to the contribution of both the high-speed exhaust of the gas after the plasma treatment and the small-size plasma in (E-1) above, the time during which the reaction product stays in the plasma space is further shortened, and the plasma treatment surface is more Further improvement in quality can be achieved. This can be understood from the fact that the gas replacement time t in the plasma space is expressed by the following equation.
[0078]
t = V / Q (V: volume of plasma space, Q: flow rate of plasma processing gas)
[0079]
(E-3) Third effect (higher plasma processing speed)
(E-3-1) In the present embodiment, since the main gas flow path FR exhibits the effect as described in (B-2) above, the cover body 23 is used to move the substrate with respect to the small-size plasma. Even if the substrate 50 and the second electrode 3 are not in contact with each other, a large amount of plasma processing gas can be stably supplied to the plasma space, and the plasma processing speed can be increased.
[0080]
(E-3-2) In the present embodiment, due to the effect of (B-2) (particularly, the effect of (B-2-2)), the loss of the plasma processing gas flow in the main gas flow channel FR. Can be greatly reduced. Therefore, even when the gap between the first electrode and the second electrode (G1 in FIG. 1) is very narrow, a large flow rate of plasma processing gas is stabilized in the narrow gap (plasma space). Can be supplied. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without stagnation. This effect is particularly effective when the reaction gas partial pressure is increased and the plasma processing gas (mixed gas of inert gas and reaction gas) is set to a high pressure of about 100 Torr or more. That is, even if the gap between the first electrode and the second electrode is made very narrow in order to generate plasma with a high pressure of the plasma processing gas, a large flow rate of the plasma processing gas is introduced into the plasma space. It can be supplied stably. As a result, the plasma processing speed can be further increased by both the contribution of increasing the reaction gas partial pressure and being able to supply a large flow rate of plasma processing gas.
[0081]
Note that when the plasma processing apparatus of the present embodiment is used, the pressure of the plasma processing gas is defined as 100 Torr or more as a particularly preferable plasma processing condition for the following reason.
[0082]
In order to increase the plasma processing speed, it is desired to increase the partial pressure of the reaction gas in the plasma processing gas. Here, when the reaction gas partial pressure is less than 10 Torr, it is not necessary to add an inert gas to the reaction gas (that is, the plasma processing gas is the reaction gas itself and the plasma processing gas pressure is less than 10 Torr. In this case, there is a possibility that plasma can be generated stably. However, when the reaction gas partial pressure is 10 Torr or more, it is difficult to stably generate plasma unless an inert gas is added thereto. For this reason, for the reactive gas of 10 Torr or higher, it is necessary to add an inert gas of 90 Torr or higher so that the pressure of the plasma processing gas is 100 Torr or higher. Further, even if the partial pressure of the reactive gas is less than 10 Torr, it is desirable from the viewpoint of plasma stability to add a large amount of inert gas to the reactive gas so that the pressure of the plasma processing gas is 100 Torr or higher. Therefore, in order to generate stable plasma and increase the plasma processing speed, it is desired that the pressure of the plasma processing gas (mixed gas of the inert gas and the reactive gas) be 100 Torr or more.
[0083]
However, when the plasma processing gas is set to a high pressure of 100 Torr or more, the gap between the pair of electrodes needs to be very narrow based on Paschen's law. In this case, the gap is about several hundred μm to several mm. However, in a conventional apparatus using parallel plate type electrodes (for example, FIG. 18) or an apparatus not provided with a cover body that restricts the gas flow (for example, FIG. 17), the conductance of the gas flow flowing through the narrow gap portion is small. Due to its small size, it is very difficult to stably supply a large flow rate of plasma processing gas.
[0084]
On the other hand, in this embodiment, the loss of the flow of the plasma processing gas in the main gas flow channel FR is greatly reduced by the main gas flow channel FR exhibiting the effect (B-2). As a result, a high-pressure plasma processing gas of 100 Torr or more can be stably supplied at a large flow rate. In particular, the effect (B-2-2) greatly contributes to this point. That is, in the plasma processing using the plasma processing apparatus of the present embodiment, the pressure of the plasma processing gas may be any pressure, but particularly under a high pressure of 100 Torr or more, which is difficult with the conventional apparatus. Processing is also possible. Therefore, it is possible to increase the reaction gas partial pressure and further improve the processing speed.
[0085]
As described in the above (E-1) to (E-3), according to the present embodiment, the plasma processing speed is increased, the plasma processing is uniformized, and the plasma processing surface is difficult to achieve with the combination of the conventional techniques. The three requirements of high quality can be satisfied at the same time. In particular, the effect of the present embodiment is more remarkable for a large plate-like substrate that needs to be subjected to plasma treatment while moving the substrate.
[0086]
(Example 1)
An amorphous silicon thin film was formed in a 30 cm × 30 cm region on a glass substrate using the plasma processing apparatus 100 shown in FIG. The plasma processing gas is He: SiH. Four : H 2 = The ratio of 96.7: 0.3: 3 was passed through the main gas flow path FR at a total flow rate of 150 LM. The pressure in the main gas flow path FR was maintained at 160 Torr. In this case, the flow rate of the plasma processing gas flowing in the main gas flow path (160 Torr) is about 700 l / min, and SiH Four The partial pressure is about 0.5 Torr. As a result, the film formation rate: about 30 Å / s, the film thickness distribution in the substrate surface: 5% or less, photosensitivity (photoconductivity / dark conductivity): 10 6 An amorphous silicon thin film of the order was obtained, and it was possible to satisfy simultaneously the speeding up of the plasma processing, the improvement of the quality of the plasma processing surface and the uniformization of the plasma processing, which are the objects of the present invention.
[0087]
(Modification 1 of the first embodiment)
As described above, in the present invention, in the plasma processing apparatus that performs the plasma processing while moving the second electrode 3, the main gas flow from the first electrode 2, the second electrode 3 or the substrate 50, and the cover body 23. The path FR is configured so that a rapid change is not applied to the flow line of the plasma processing gas flowing in the main gas flow path FR. As a result, the conductance in the main gas flow path FR is increased, and even if the cover body 23 can move the second electrode 3 without coming into contact with the substrate 50 and the second electrode 3, it is functionally provided in the main gas flow path FR. While maintaining a substantially airtight state, a large flow rate of plasma processing gas can be stably flowed. One of the most preferred embodiments based on this basic idea is the first embodiment shown in FIG. However, based on the basic idea of the present invention, a modification as shown in FIG. 14 is also possible.
[0088]
14 differs from the first embodiment shown in FIG. 1 in that the center of curvature of the inner wall surface 21d of the first cover body 21 and the center of the curved surface 2a of the first electrode 2 are different. It is the point which is made to correspond substantially. That is, the first electrode 2 in FIG. 1 is moved upward. In this case, the width of the space SB1 and the space SB2 is substantially constant from the space SA1 to the first space SC and from the first space SC to the space SA2, but the main gas flow is the same as in the first embodiment. The stream line of the plasma processing gas flowing in the path FR can be formed into a smooth substantially U shape. However, as understood from the geometric arrangement, in the first modification, the gap G1 between the tip 2at of the first electrode 2 and the substrate 50 is set wider than that in the first embodiment. Therefore, in the first modification, the second electrode 3 can be moved with respect to the small-sized plasma and a large flow rate of the plasma processing gas can be stably flowed to satisfy the above three requirements at the same time. Since G1 is wide, it is difficult to generate plasma under high pressure, which is inferior to the first embodiment. In this modification as well, it goes without saying that the configuration for further improving the airtightness in the main gas flow channel as shown in (C) of the first embodiment is effective.
[0089]
(Modification 2 of the first embodiment)
In the said 1st Embodiment and the modification 1, as one of the most suitable embodiment, it showed about the case where the streamline of the plasma processing gas in the main gas flow path FR was made into a substantially U shape. However, the basic idea of the present invention is to prevent a rapid change in the flow line of the plasma processing gas flowing in the main gas flow path FR in the plasma processing apparatus that performs the plasma processing while moving the second electrode 3. To increase conductance. Therefore, based on the basic idea of the present invention, a modification as shown in FIG. 15 is possible.
[0090]
In the second modification shown in FIG. 15, the space SB1, the space SB2, and the first space SC in the main gas flow channel FR are the same as those in the first embodiment shown in FIG. The second modification is different from the first embodiment in that the stream lines of the plasma processing gas in the spaces SA1 and SA2 are linearly parallel to the surface of the substrate 50. The cover body 23 in this case is, for example, a one-piece insulator as illustrated. Note that an external perspective view of the cover body 23 is the same as FIG. 12 described in a second embodiment described later. That is, in this modification, although the loss at the boundary portion of the space SA1 → the space SB1 and the space SB2 → the space SA2 is slightly larger than that in the first embodiment, the streamline is suddenly changed as illustrated. Absent. Therefore, although inferior to the first embodiment, a large flow rate of plasma processing gas can be stably flowed, and the above three requirements can be satisfied simultaneously. In this modification as well, it goes without saying that the configuration for further improving the airtightness in the main gas flow channel as shown in (C) of the first embodiment is effective.
[0091]
(Modification 3 of the first embodiment)
In the said 1st Embodiment, the modification 1, and the modification 2, it showed about the case where the surface of the 1st electrode 2 was made into the curved-surface shape 2a as one of suitable embodiment. However, the basic idea of the present invention is to prevent a rapid change in the streamline of the plasma processing gas flowing in the main gas flow path FR in the plasma processing apparatus that performs the plasma processing while moving the second electrode 3. To increase conductance. Therefore, based on the basic idea of the present invention, a modification as shown in FIG. 16 is possible.
[0092]
The third modification shown in FIG. 16 differs from the second modification shown in FIG. 15 in that the surface of the first electrode 2 has a planar shape 2a ′. In the third modification, the surface 21d in the vicinity of the opening of the cover body 23 has a curved surface shape, as in the first embodiment. “The cover body 23 is positioned above the substrate without contacting the substrate. Even so, the plasma processing gas is supplied from the first opening 25 of the cover body 23 onto the substrate 50 in the obliquely downward direction. In the present modification, the stream line of the plasma processing gas in the main gas flow path FR is substantially linear, and a sudden change is not added. However, in this variation, in order to stably flow a large flow rate of plasma processing gas, at least in the space SA1 and the space SA2, the width of the main gas flow path FR is approximately the same as that in the variation 2 shown in FIG. Need to be wide. For this reason, in the third modification, the gap G1 between the planar shape portion 2a ′ of the first electrode 2 and the substrate 50 is set wider than that in the second modification. Therefore, in the third modification, the second electrode 3 can be moved with respect to the small-sized plasma and a large flow rate of the plasma processing gas can be stably flowed to satisfy the above three requirements at the same time. Since G1 is wide, it becomes difficult to generate plasma under high pressure, which is inferior to the second modification. In this modification as well, it goes without saying that the configuration for further improving the airtightness in the main gas flow channel as shown in (C) of the first embodiment is effective.
[0093]
(Second Embodiment)
In the present embodiment, a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of performing suitable plasma processing on a sheet-like substrate and a cylindrical substrate will be described. In the present embodiment, the method for maintaining the airtightness of the main gas flow path and the plasma processing method are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus 200 of the present embodiment, FIG. 8 is a perspective view showing the main part of the plasma processing apparatus 200, and FIG. 9 shows a cross section in the plane PL1 of FIG. 10 is a cross-sectional view of the plane PL2 in FIG. 8, FIG. 11 is an exploded perspective view of each part of FIG. 9, and FIG. 12 is a perspective view of the cover body 23. 13 is an enlarged view showing the main gas flow path FR2 in the plasma processing apparatus 200. FIG. Hereinafter, the configuration of the plasma processing apparatus 200 according to the present embodiment and the main gas flow path FR2 will be described with reference to FIGS. In the following, plasma processing for a sheet-like substrate will be described. However, if a cylindrical second electrode to be described later is a cylindrical substrate itself, plasma processing for the cylindrical substrate is also possible.
[0094]
(A) Components of the plasma processing apparatus 200
Hereinafter, components of the plasma processing apparatus 200 will be described mainly with reference to FIG. Although most of the components of the present embodiment have the same function as the first embodiment, although the shapes are different, the same symbols are used for the components having the same function as the first embodiment. Detailed description will be omitted.
[0095]
The plasma processing apparatus 200 of the present embodiment is greatly different from the plasma processing apparatus 100 of the first embodiment in that the substrate is a sheet-like substrate 50, the second electrode 3 is a rotatable cylindrical shape, The shape of the cover body 23 and the shape of the main gas flow path FR2.
[0096]
The sheet-like substrate 50 is introduced into the chamber 1 through the substrate introduction port 60 and is conveyed by the rotation of the second electrode 3 in the DR direction while being in close contact with the cylindrical second electrode 3. Thereafter, the liquid is discharged out of the chamber 1 through the substrate discharge port 61.
[0097]
The cover body 23 is an insulator and is a one-piece structure. When viewed from the side with respect to the paper surface of FIG. 7, the cover body 23 has a substantially rectangular uniform opening as shown in FIGS. 11 and 12. One end of the opening is a communication introduction port 26 and the other end is a communication exhaust port 27. The cover body 23 has a first opening 25 on the lower surface and a second opening 23a on the upper surface.
[0098]
The first electrode 2 has a curved surface 2 a and is fitted into the second opening 23 a of the cover body 23 as shown in FIGS. 9 and 11. Then, the attachment portion 2b contacts the upper surface 23b of the cover body 23, and the end portion of the curved surface 2a is connected to the end portion on the upper inner wall surface 23c side of the second opening portion 23a. Thus, the 1st electrode 2 and the cover body 23 comprise the integral structure. The curved surface 2 a of the first electrode 2 protrudes downward from the upper inner wall surface 23 c of the cover body 23, faces the first opening 25 of the cover body 23, and is connected to the high frequency power supply 14.
[0099]
The cylindrical second electrode 3 and the sheet-like substrate 50 are inserted from the first opening 25 without contacting the inside of the cover body 23, and protrude upward. The first electrode 2 is opposed to the first space SC. Furthermore, the tip portion 2at of the first electrode 2 and the sheet-like substrate 50 on the tip portion 3at of the second electrode 3 face each other with a gap G1 therebetween. In the vicinity of the facing portion of the gap G1, a small-sized plasma P as shown in FIG. 7 is generated. Furthermore, as shown in FIG. 7, it is preferable that the radius of curvature of the curved surface 2 a of the first electrode 2 is set substantially equal to the radius of the cylindrical second electrode 3. Further, it is preferable that the protruding amount of the tip portion 2at of the first electrode 2 from the upper inner wall surface 23c and the protruding amount of the tip portion 3at of the second electrode 3 from the lower inner wall surface 23d are set substantially equal.
[0100]
The second electrode facing portion 24 of the cover body 23 has a curved surface shape, and faces the sheet-like substrate 50 with the second space SD of the gap G2. The gap G2 is preferably set as narrow as possible within a range in which the cover body 23 and the substrate 50 do not contact each other. Furthermore, the gap G2 is preferably set narrower than the gap G1.
[0101]
Both ends of the cover body 23 in the direction perpendicular to the paper surface of FIG. 7 cover the side surface of the second electrode 3 with a minute space as shown in FIG. The inner wall surface 23e of the cover body 23 is substantially in contact with the end surface 2e of the first electrode 2.
[0102]
(B) Main gas flow path FR2 in plasma processing apparatus 200
(B-1) Configuration of main gas flow path FR2
Next, the gas flow path of the plasma processing gas in the plasma processing apparatus 200 of the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 13 is an enlarged view of the main gas flow path FR2 in FIG.
[0103]
The plasma processing gas is introduced into the chamber 1 from the first gas introduction port 4 through the communication introduction port 26 of the cover body 23 that is in airtight communication therewith. Then, the air is guided to the first space SC through the airtight space SA1. The plasma processing gas that has reached the first space SC is exhausted to the outside of the chamber 1 through the first gas exhaust port 5 that is airtightly communicated with the communication exhaust port 27 mainly through the airtight space SA2. The gas flow path FR2 from the communication introduction port 26 to the space SA1 to the first space SC to the space SA2 to the communication exhaust port 27 becomes the main gas flow channel. As is apparent from FIG. 13, the main gas flow path FR <b> 2 is configured by the wall surfaces of the first electrode 2 and the second electrode 3 (or the substrate 50) and the cover body 23.
[0104]
The width of the main gas flow path FR2 is sufficiently wide and constant in the space SA1. In the subsequent first space SC, the width of the main gas flow path FR2 is gradually reduced by the curved surface 2a of the first electrode 2 and the cylindrical surface of the second electrode 3 (the surface of the sheet-like substrate 50). The minimum width G1 is the portion where the tip 2at and the tip 3at of the second electrode 3 face each other. In the present embodiment, the width of the main gas flow path FR2 in the space SA1 is 50 mm and the length is 100 mm. The length of the first opening 25 is 130 mm, the length of the second opening 23a is 130 mm, and the gap G1 is about 2 mm by projecting the first electrode 2 and the second electrode 3 from the opening. Furthermore, the radius of the second electrode was 100 mm, the gap G2 was about 1 mm, and the circumferential length of the second electrode facing portion 24 was 50 mm. The main gas flow path FR2 extending from the first space SC to the space SA2 is the same as the main gas flow path FR2 extending from the space SA1 to the first space SC, although the change in the width is the same, and thus the description thereof is omitted. To do. In addition, in the main gas flow path FR2, a known gas dispersion plate may be appropriately provided in order to further stabilize the flow.
[0105]
(B-2) Effect of main gas flow path FR2
(B-2-1) The width of the main gas flow path FR2 in the present embodiment gradually decreases from the space SA1 side in the first space SC, becomes minimum at the gap G1 portion, and thereafter toward the space SA2 side. It is getting wider gradually. Further, the streamline F2 at the center in the width direction of the main gas flow path FR2 is substantially linear as shown in FIG. Furthermore, the shape of the main gas flow path FR2 is substantially symmetrical with respect to the center line in the width direction. Therefore, there is no sudden change in the flow line of the plasma processing gas over the entire width direction of the main gas flow path FR2, and the loss of gas flow can be greatly reduced. As a result, a large flow rate of the plasma processing gas can be stably supplied to the plasma space P without disturbing the flow. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without stagnation.
[0106]
(B-2-2) In the present embodiment, as shown in FIG. 13, the plasma P is generated only in the vicinity of the gap G1 portion where the width of the main gas flow path FR2 is minimized, so that a uniform discharge state is maintained. As small as possible plasma can be generated. Further, in the present embodiment, such a narrow flow path is provided only in a part of the main gas flow path FR2, so that the friction loss of the gas flow can be greatly reduced. As a result, even when the gap G1 is set to be very narrow in order to generate plasma under high pressure, a large amount of plasma processing gas can be stably supplied. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without stagnation.
[0107]
(B-2-3) In the present embodiment, the streamline F2 at the center in the width direction of the main gas flow path FR2 is substantially linear, and this flows along the center of the plasma space P along the surface of the substrate 50. In the plasma space P, the surrounding streamline F2 ′ is also along the substrate. For this reason, in order to enable the second electrode 3 on which the sheet-like substrate 50 is mounted to rotate, even if the cover body 23 is not in contact with the substrate 50, the plasma processing gas is not directly lost into the plasma space P without loss. It can flow. As a result, a large amount of plasma processing gas can be supplied more stably. Then, the plasma-treated gas containing the reaction product can be exhausted at a higher speed without being retained.
[0108]
(B-2-4) In the present embodiment, the main gas flow channel FR2 does not undergo a sudden change in the streamline in the flow channel, and there are only a part of the narrow channel width. The conductance of the main gas flow path FR2 can be increased. The stream line F2 at the center in the width direction of the main gas flow path FR2 is substantially straight, and the direction of the velocity vector leaks outside the main gas flow path FR2 (first space SC → second space SD). Is very different. Therefore, even if the cover body 23 is not in contact with the substrate 50 and the second electrode 3, it is possible to suppress the gas from leaking to the outside of the main gas flow path FR2. Accordingly, it is possible to stably supply a large flow rate of the plasma processing gas to the plasma space while maintaining the inside of the main gas channel substantially in a substantially airtight state. Further, the gas after the plasma treatment can be exhausted at a high speed without being retained.
[0109]
According to the present embodiment, since the main gas flow path FR2 exhibits the effect as described in (B-2) above, the same effects as those in the first embodiment can be obtained for the plasma treatment for the sheet-like substrate or the cylindrical substrate. That is, it is possible to simultaneously satisfy the three requirements of higher plasma processing speed, uniform plasma processing, and higher quality of the plasma processing surface.
[0110]
(Example 2)
When an amorphous silicon thin film was formed on a long plastic film under the same conditions as in Example 1 using the plasma processing apparatus 200 shown in FIG. 7, results equivalent to those in Example 1 were obtained.
[0111]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, a small-size plasma is generated in the first space that is a facing portion between at least a part of the first electrode and a part of the second electrode, In the plasma processing apparatus capable of performing uniform plasma processing on the entire surface of the substrate by moving the second electrode (and the substrate mounted thereon), the first electrode and the first electrode without contacting the second electrode and the substrate A cover body constituting the main gas flow path is provided together with the two electrodes or the substrate. The first electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, the second electrode, and the like. Since the electrode and the cover body are arranged, it is possible to supply a large flow rate of the plasma processing gas and to exhaust the gas after the plasma processing at high speed without disturbing the flow of the plasma space. Further, the first conductance is such that the conductance of the flow from the first space toward the communication exhaust port in the main gas flow path is larger than the conductance of the flow other than the main gas flow path from the first space to the second space. Since the electrode, the second electrode, and the cover body are arranged, the gas leakage to the portion other than the main gas passage can be further prevented, and the airtightness in the main gas passage can be further enhanced. As a result, the three requirements of high speed plasma processing, high quality plasma processing surface and uniform plasma processing can be satisfied at the same time. In particular, according to the present invention, a remarkable effect can be obtained with respect to plasma processing for a large area substrate and plasma processing for a sheet-like substrate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view showing a main part of the plasma processing apparatus of the first embodiment.
3 is a perspective view showing a cross section in a plane PL1 of FIG. 2; FIG.
4 is a cross-sectional view taken along a plane PL2 in FIG.
5 is an exploded perspective view of each part of FIG. 3. FIG.
FIG. 6 is an enlarged view showing a main gas flow path in the plasma processing apparatus of the first embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a second embodiment.
FIG. 8 is a perspective view showing a main part of a plasma processing apparatus according to a second embodiment.
9 is a perspective view showing a cross section in a plane PL1 of FIG. 8. FIG.
10 is a cross-sectional view taken along a plane PL2 in FIG.
11 is an exploded perspective view of each part of FIG. 9;
FIG. 12 is a perspective view showing a cover body in the plasma processing apparatus of the second embodiment.
FIG. 13 is an enlarged view showing a main gas flow path in the plasma processing apparatus of the second embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to a first modification.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus according to Modification 2;
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus of a third modification.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus having a conventional configuration 1;
18 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a plasma processing apparatus of conventional configuration 2. FIG.
[Explanation of symbols]
1 chamber
2 First electrode
3 Second electrode
4 First gas inlet
5 First gas exhaust port
6 First gas supply section
7 First gas exhaust
8, 9 Piping
10 Second gas inlet
11 Second gas exhaust port
12 Second gas supply unit
13 Second gas exhaust
14 High frequency power supply
21 First cover body
22 Second cover body
23 Cover body
23a Second opening
24 Second electrode facing part
25 First opening
26 Communication port
27 Communication outlet
50 substrates
100, 200 Plasma processing apparatus
FR, FR2 Main gas flow path
SC 1st space
SD second space
G1, G2 gap

Claims (12)

第1ガス導入口と第1ガス排気口とを有するチャンバ内に、第1電極および基板を搭載する第2電極が配置され、
該第1電極の少なくとも一部と、該第2電極の一部とが、第1空間を隔てて、かつ、該基板のみを介して対向配置され、
該第1ガス導入口から該第1空間にプラズマ処理用ガスを導入すると共に、該第1電極と該第2電極との間に高周波電圧を印加して、該第1空間の少なくとも一部でプラズマを発生させ、さらに、基板を搭載した該第2電極を移動させることによって、該基板にプラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
該第1ガス導入口と連通する連通導入口と、
該第1ガス排気口と連通する連通排気口と、
該第1空間において開口する第1開口部と、
該第1開口部の近傍において該第2電極または該基板と第2空間を隔てて対向する第2電極対向部と
を有するカバー体を備え、
該カバー体は、該第2電極および該基板と接触せずに、該第1電極、および該第2電極または該基板と共に、該連通導入口から該第1空間を通って該連通排気口に向かう該プラズマ処理用ガスの主ガス流路を構成し、
該主ガス流路を流れる該プラズマ処理用ガスの流線に急激な変化が加わらないように、該第1電極、該第2電極および該カバー体が配置されているプラズマ処理装置。
A first electrode and a second electrode on which a substrate is mounted are disposed in a chamber having a first gas inlet and a first gas outlet;
At least a part of the first electrode and a part of the second electrode are arranged opposite to each other with the first space therebetween and only through the substrate;
A plasma processing gas is introduced into the first space from the first gas introduction port, and a high frequency voltage is applied between the first electrode and the second electrode, so that at least a part of the first space is applied. A plasma processing apparatus for performing plasma processing on the substrate by generating plasma and further moving the second electrode on which the substrate is mounted,
A communication inlet communicating with the first gas inlet;
A communication exhaust port communicating with the first gas exhaust port;
A first opening that opens in the first space;
A cover body having a second electrode facing portion facing the second electrode or the substrate across a second space in the vicinity of the first opening;
The cover body, together with the first electrode and the second electrode or the substrate, does not come into contact with the second electrode and the substrate, passes from the communication introduction port to the communication exhaust port through the first space. Configure the main gas flow path of the plasma processing gas toward
A plasma processing apparatus in which the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that a rapid change is not applied to a flow line of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path.
前記主ガス流路中で前記第1空間から前記連通排気口に向かう流れのコンダクタンスが、該第1空間から前記第2空間に向かう、該主ガス流路以外の流れのコンダクタンスに比べて大きくなるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されている請求項1に記載のプラズマ処理装置。The conductance of the flow from the first space toward the communication exhaust port in the main gas flow path is larger than the conductance of the flow from the first space to the second space other than the main gas flow path. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged. 前記チャンバは、さらに第2ガス導入口を有し、
該第2ガス導入口から該チャンバ内に前記プラズマ処理用ガスと同一成分のガスまたは不活性ガスを導入して、前記主ガス流路以外の領域における圧力が該主ガス流路内の圧力よりも高い圧力に保持可能とされている請求項1または請求項2に記載の記載のプラズマ処理装置。
The chamber further has a second gas inlet,
A gas having the same component as the plasma processing gas or an inert gas is introduced into the chamber from the second gas introduction port, and the pressure in a region other than the main gas channel is higher than the pressure in the main gas channel. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a high pressure can be maintained.
前記第1空間内の前記プラズマが発生する部分において、
前記主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、前記基板表面にほぼ沿う方向となるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されている請求項1乃至請求項3のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
In the portion where the plasma is generated in the first space,
2. The first electrode, the second electrode, and the cover body are disposed so that a streamline of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path is substantially in a direction along the substrate surface. The plasma processing apparatus according to claim 3.
前記第1電極は、少なくとも前記第1空間において曲面形状を有する請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the first electrode has a curved surface shape in at least the first space. 前記主ガス流路の幅方向の略中央部において、
該主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、前記連通導入口、前記第1空間および前記連通排気口にかけて、略U字形状となるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されている請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
In a substantially central portion in the width direction of the main gas flow path,
The first electrode, the second electrode, and the second electrode so that a streamline of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path is substantially U-shaped from the communication introduction port, the first space, and the communication exhaust port. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an electrode and the cover body are disposed.
前記主ガス流路の幅が前記略U字形状の先端部において最小となるように前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置され、
該主ガス流路の幅が最小になる部分の近傍において、プラズマを発生させる請求項6に記載のプラズマ処理装置。
The first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that the width of the main gas channel is minimized at the substantially U-shaped tip.
The plasma processing apparatus according to claim 6, wherein plasma is generated in the vicinity of a portion where the width of the main gas channel is minimized.
前記主ガス流路の幅方向の略中央部において、
該主ガス流路を流れる前記プラズマ処理用ガスの流線が、前記連通導入口、前記第1空間および前記連通排気口にかけて、略直線状となるように、前記第1電極、前記第2電極および前記カバー体が配置されている請求項1乃至請求項5のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
In a substantially central portion in the width direction of the main gas flow path,
The first electrode and the second electrode are arranged such that a streamline of the plasma processing gas flowing through the main gas flow path is substantially linear across the communication introduction port, the first space, and the communication exhaust port. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the cover body is disposed.
前記第2電極は円筒形状であり、その中心軸を中心として回転可能とされている請求項8に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 8, wherein the second electrode has a cylindrical shape and is rotatable about a central axis thereof. 前記基板としてシート状基板が搭載され、前記第2電極の回転によって該シート状基板が該第2電極に密着しながら移動可能とされている請求項9に記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to claim 9, wherein a sheet-like substrate is mounted as the substrate, and the sheet-like substrate is movable while being in close contact with the second electrode by rotation of the second electrode. 前記第1電極は少なくとも前記第1空間で曲面形状部分を有し、該第1電極の曲面形状部分の曲率半径と前記円筒形状の第2電極の半径とは略同一であり、
該第1電極の曲面形状部分の先端部と、該円筒形状の第2電極の先端部とが実質的に対向し、
前記主ガス流路の幅が、該第1電極の先端部と該第2電極の先端部との対向部において最小となるように、該第1電極、該第2電極および前記カバー体が配置され、
該主ガス流路の幅が最小になる該対向部の近傍において、プラズマを発生させる請求項9または請求項10に記載のプラズマ処理装置。
The first electrode has a curved portion at least in the first space, and the radius of curvature of the curved portion of the first electrode is substantially the same as the radius of the cylindrical second electrode;
The tip of the curved portion of the first electrode substantially faces the tip of the cylindrical second electrode;
The first electrode, the second electrode, and the cover body are arranged so that the width of the main gas flow path is minimized at the facing portion between the tip portion of the first electrode and the tip portion of the second electrode. And
The plasma processing apparatus according to claim 9 or 10, wherein plasma is generated in the vicinity of the facing portion where the width of the main gas flow path is minimized.
請求項1乃至請求項11のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、基板に対してプラズマ処理を行うプラズマ処理方法。A plasma processing method for performing plasma processing on a substrate using the plasma processing apparatus according to claim 1.
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