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JP4406172B2 - Substrate processing method - Google Patents

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JP4406172B2
JP4406172B2 JP2001038140A JP2001038140A JP4406172B2 JP 4406172 B2 JP4406172 B2 JP 4406172B2 JP 2001038140 A JP2001038140 A JP 2001038140A JP 2001038140 A JP2001038140 A JP 2001038140A JP 4406172 B2 JP4406172 B2 JP 4406172B2
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substrate processing
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plasma
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Canon Anelva Corp
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明はプラズマを利用して励起活性種を生成し、その励起活性種を利用して基板表面に形成されている酸化膜の酸化を促進させる基板処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
半導体装置として、SiO薄膜などの酸化シリコン(SiO)薄膜は絶縁膜として利用される。酸化シリコン(SiO)薄膜の作成方法としては、シリコン基板を酸素雰囲気中でアニールする又は、CVD法で堆積させる、あるいは酸素を導入しながら反応性スパッタリングを行う、等の手段がある。しかし、いずれの場合も、酸素の流量不足または基板の加熱不足等の理由から、膜への酸素の取り込みが不足し、十分な酸化を行うことは困難であった。
【0003】
酸化不足の酸化シリコン(SiO)薄膜を半導体装置として機能させると、電流が流れないはずの低い電圧でも電流が流れ、作動不良の原因となる。
【0004】
このような酸化不足を補修するため、これまでは、酸素雰囲気中でアニールし直すか、酸素プラズマを利用する方法が考えられているが、いずれの方法も十分ではなかった。
【0005】
また液晶表示装置等において、透明電極として用いられる酸化インジウム錫(本明細書において「ITO」と表す。)薄膜の場合、スパッタリングによる成膜時に酸素が抜ける。これを補うため通常酸素を流しながらスパッタリングを行うが、それでも酸素が抜け出る方が取り込む量よりも多く、ITO薄膜中の酸素が不足する場合がある。このような場合、従来は大気中または酸素雰囲気中でのアニールによって、酸素の欠乏を補っていた。
【0006】
アニールの場合、温度との関係によってアニール時間が決まる。アニール時間を短くするには、基板温度を上げてやれば良い。しかしTFT用のガラス基板の場合には、あまり高い温度にすると基板自体が熱ダメージを受ける。熱ダメージを避けるために温度を下げると、アニール時間が長くなる。アニールに長い時間が掛ると、生産性が低下することとなる。
【0007】
なお、ITO薄膜の場合、完全酸化は好ましくない。適度に酸素が抜けた欠陥が必要である。欠陥部分の自由電子によって導電性が得られており、完全酸化してしまうとこの自由電子が失われるので、導電性がなくなる。逆に酸化が不十分すぎると結晶性が損なわれ、膜中で光の散乱が大きくなり、透過性が欠如することとなる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
これまで、上記のような酸化シリコン(SiO)薄膜、ITO薄膜等の酸化膜中の酸化不足を補うには、酸素雰囲気中(ITO薄膜の場合は大気も可)でアニールするか、酸素プラズマ中に基板を配置するという方法が行われてきた。しかしアニールの場合、アニール装置が大掛かりなものになる。また酸素プラズマを用いる場合は、薄膜表面に直接プラズマが接触してイオン衝撃によるダメージを受けることとなる。
【0009】
これを防ぐため、プラズマ密度を低くしたり、処理時間を短くするなどの対応が考えられたが、十分でなかった。
【0010】
この発明は、基板上に形成されている酸化シリコン(SiO)薄膜、ITO薄膜等の酸化膜の酸化を促進させる基板処理を行うにあたって、大掛かりなアニール装置を必要とせず又、前記の酸化促進処理がなされる薄膜表面に直接プラズマが接触することのない基板処理方法を提案することを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、この発明が提案する基板処理方法は、真空容器内でプラズマを生成して励起活性種を発生させ、この励起活性種で基板表面の処理を行うものである。
【0012】
この基板処理方法は、内部が導電性隔壁部によって二室に隔離されており、当該隔離された二室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として、他方の室の内部は基板を載置する基板保持機構が配置された基板処理空間としてそれぞれ形成され、前記導電性隔壁部が、前記プラズマ生成空間と前記基板処理空間を通じさせる複数の貫通孔を有している真空容器を用いて行われる。
【0013】
すなわち、前記のような構成の真空容器を用い、前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に、前記高周波電極に高周波電力を与えてプラズマ放電を発生させることにより、前記プラズマ生成空間で生成されたプラズマ生成用ガスの励起活性種を、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して前記基板処理空間に導入させ、前記基板処理空間において、導入された前記励起活性種で基板への処理を行うものである。
【0014】
ここで、本発明の基板処理方法は、前記プラズマ生成用ガスは2、O3、H2O、CO、CO2、NO、NO2、N2Oのうちのいずれか一つのガスに希ガスあるいは窒素ガスを混合してなるガスであり、該プラズマ生成用ガスを前記プラズマ生成空間の前記高周波電極に対して前記基板と反対側の空間に供給し、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を介して前記基板処理空間に導入された励起活性種及び当該励起活性種から遷移した活性種が、基板上に形成されている酸化膜に作用してその酸化が促進されることを特徴とするものである。
【0016】
また、前記の酸化が促進される酸化膜は、処理される基板表面に形成されている酸化シリコン(SiO)薄膜又はITO(酸化インジウム錫)薄膜とすることができる。
【0017】
前記本発明の基板処理方法によれば、中性のプラズマ生成用ガスや、プラズマ生成空間の酸素プラズマにより生成されたこれらのプラズマ生成用ガスの電気的に中性な励起種(ラジカル)である励起活性種だけを選択的に基板処理空間へ導入し、酸化シリコン(SiO)薄膜、ITO薄膜等の、酸化をいっそう進行させる処理が行われる酸化膜が表面に形成されているガラス基板などの基板を、高エネルギーのイオンを含むプラズマに晒すことなく、前記励起活性種とこの励起活性種から遷移した活性種によって前記基板の処理を行うことができる。そこで、前記酸化膜表面に直接プラズマが接触して、酸化をいっそう進行させる処理が行われる酸化膜がイオン衝撃によるダメージを受けることを防止できる。
【0018】
なお、前記のように、プラズマ生成用ガスとして、O、O、HO、CO、CO、NO、NO、NOのうちのいずれか一つのガス、またはこれらのガスに希ガスあるいは窒素ガスを混合してなるガスを用いているので、励起活性種以外に、これらのプラズマ生成用ガスも基板処理空間へ導入されるが、基板自体が熱ダメージを受けるのを避けるために300℃程度の温度で基板処理が行われている本発明においては、これらの基板処理空間に導入されたプラズマ生成用ガスが、基板に作用することはほとんどない。
【0019】
前記において、中性のプラズマ生成用ガスや、プラズマ生成空間の酸素プラズマにより生成されたこれらのプラズマ生成用ガスの電気的に中性な励起種(ラジカル)である励起活性種だけが、導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して基板処理空間に導入される、すなわち、プラズマ生成空間で生成されたプラズマの荷電粒子を選択的に基板処理空間に導入しないようにすることは、例えば、導電性隔壁部を真空容器と同じ接地電位に保つことによって高周波の基板処理空間への漏れを皆無にして実現することができる。
【0020】
前述した本発明に用いられる基板処理装置の真空容器における内部を二室に隔離している導電性隔壁部に備えられている前記複数の貫通孔は、当該貫通孔内でのガス流速をu、実質的な貫通孔の長さをL(図4)、相互ガス拡散係数(貫通孔の両側、すなわち、プラズマ生成空間と基板処理空間とにおけるガスの相互ガス拡散係数)をDとするとき、uL/D>1の条件を満たすように形成されていることが望ましい。
【0021】
この条件を満たさせることによって、一度基板処理空間に放出されたプラズマ生成用ガスやその活性種が再びプラズマ生成空間に逆拡散して戻ってくることを防止できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【0023】
図1、図2および図3を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。
【0024】
図1において、1はロードロックチャンバー、2は搬送チャンバー、3は本発明の基板処理方法が行われる基板処理チャンバーである。
【0025】
ロードロックチヤンバー1、基板処理チヤンバー3はそれぞれゲートバルブ4b、4cを介設して搬送チヤンバー2に接続されている。またロードロックチャンバー1は大気中から装置内に基板を配置するためのゲートバルブ4aを持つ。これらのチャンバにはそれぞれ排気バルブ5が付設され、さらにこれに、図示しない排気機構が接続されている。基板処理が各チャンバで行われるときには、各チャンバー1、2、3の内部は、排気バルブ5を介して排気機構によって排気され、所要の真空状態(または減圧状態)に保持されている。なお、搬送チャンバー2の内部には破線で示されるごとく基板を搬送するためのロボットアーム2aが内蔵されている。
【0026】
図2は、図1を上から見た図である。図から解るとおり、図示の実施形態はクラスタータイプの装置として構成されている。
【0027】
基板はロードロックチャンバー1内に搬入されて所要の真空状態に減圧される。その後、搬送チャンバー2内に設けられた基板搬送用ロボットアーム2aによって搬送され、ゲートバルブ4b、4cを経由して基板処理チャンバー3に搬入される。基板処理チャンバー3内に搬入された基板は、下部に配置された基板ホルダ17(図3)の上に載置される。
【0028】
図1に示された各チャンバー1〜3では、その特徴的な構成として、基板処理チャンバー3の構造が実線で示されている。基板処理チャンバー3は、基板上に形成されている酸化シリコン(SiO)薄膜、ITO薄膜等の酸化膜に対して本発明の方法による基板処理(基板上に形成されているこれらの酸化膜の酸化を一層進行させる処理)が行われる基板処理装置である。
【0029】
この基板処理チャンバー3は、図3に例示されているように、その内部上方に基板処理空間16に対して空間的に分離されたプラズマ生成空間15を備えており、プラズマ分離型の基板処理装置として構成されている。
【0030】
基板処理装置の真空容器12は、成膜処理等の基板処理を行う際に、排気機構13によってその内部が所望の真空状態に保持される真空容器である。排気機構13は真空容器12に形成された排気ポート12b−1に接続されている。
【0031】
真空容器12の内部には、導電性部材で作られた導電性隔壁部14が水平な状態で設けられており、平面形状が例えば矩形の導電性隔壁部14は、その周縁部が導電材固定部22の下面に押さえ付けられて密閉状態を形成するように配置されている。
【0032】
こうして、真空容器12の内部は導電性隔壁部14によって上下の2つの室に隔離されて、上側の室はプラズマ生成空間15を形成し、下側の室は基板処理空間16を形成する。
【0033】
導電性隔壁部14は、所望の特定の厚みを有し、かつ全体的に平板状の形態を有し、さらに真空容器12の水平断面形状に類似した平面形状を有する。
【0034】
基板11は、基板処理空間16に設けられた基板ホルダ17の上に配置されている。基板11は導電性隔壁部14に実質的に平行であって、処理されるその成膜面(上面)が隔壁部14の下面に対向するように配置されている。
【0035】
基板ホルダ17の電位は真空容器12と同じ電位である接地電位41に保持される。さらに基板ホルダ17の内部にはヒータ18が設けられている。このヒータ18によって基板11の温度は所定の温度に保持される。
【0036】
真空容器12の構造を更に説明する。真空容器12は、その組立て性を良好にする観点から、プラズマ生成空間15を形成する上容器12aと、基板処理空間16を形成する下容器12bとから構成される。上容器12aと下容器12bを組み合わせて真空容器12を作るとき、両者の間の位置に導電性隔壁部14が設けられる。電極20は、その周縁部の側面が上容器12aとの間に介設される絶縁部材21a、21bのうちの上側の絶縁部材21aに、その周縁部の下端面が下側の絶縁部材21bにそれぞれ接触するようにして取り付けられる。これによって、導電性隔壁部14の上側と下側に、隔離されたプラズマ生成空間15と基板処理空間16が形成される。
【0037】
導電性隔壁部14は、複数の貫通孔25を備えており、プラズマ生成空間15と基板処理空間16とはこの複数の貫通孔25によってのみつながっている。
【0038】
なお、図示の実施形態において、複数の貫通孔25は、貫通孔25内でのガス流速をu、実質的な貫通孔の長さをL(図4)、相互ガス拡散係数(貫通孔の両側、すなわち、プラズマ生成空間15と基板処理空間16とにおけるガスの相互ガス拡散係数)をDとするとき、uL/D>1の条件を満たすように形成されている。
【0039】
図3図示の本発明の基板処理方法が適用される基板処理装置の実施形態においては、プラズマ生成空間15においてプラズマ19が生成されている領域は、隔壁部14と上容器12a及びこれらのほぼ中央位置に配置される板状の電極(高周波電極)20とから形成されている。電極20には複数の孔20aが形成されている。
【0040】
上容器12aの天井部には、電極20に接続された電力導入棒29が設けられている。電力導入棒29によって電極20に放電用高周波電力が給電される。電極20は高周波電極として機能する。電力導入棒29は絶縁物31で覆われており、他の金属部分との絶縁が図られている。
【0041】
導電性隔壁部14は、導電材固定部22を介して、接地電位41となっている。
【0042】
絶縁部材21aには外部からプラズマ生成空間15へ励起活性種生成用としてのガスを導入するプラズマ生成用ガス導入パイプ23が設けられている。プラズマ生成用ガスとしては、例えば、O、O、HO、CO、CO、NO、NO、NOのいずれか、あるいはこれらのガスに、希ガスあるいは窒素ガスを混合したガスを使用することができる。
【0043】
以上説明した基板処理チャンバー3を用いた本発明の好ましい実施形態を説明する。
【0044】
プラズマ生成用ガス導入パイプ23から、プラズマ生成用ガス(例えば、O)をプラズマ生成空間15に供給すると共に、プラズマ生成空間15の電極20に高周波電力を印加し、プラズマ放電を発生させることにより、プラズマ生成空間15でプラズマ生成用ガス(O)の励起活性種(OおよびO )を生成させる。
【0045】
こうして生成された励起活性種とプラズマ生成用ガスとが導電性隔壁部14の複数の貫通孔25を介して基板処理空間16に導入される。この時、励起活性種(OおよびO )の中には、貫通孔25を通って基板処理空間16に移動していく間にエネルギーの低い準位に遷移して、O原子の基底状態になるものもあるが、このように、基板処理空間16に導入された励起活性種(OおよびO )と、当該励起活性種から前記のように遷移した活性種とが、基板11に形成されている酸化シリコン(SiO)薄膜、ITO薄膜等の酸化膜に作用し、それらの酸化膜の酸化が促進されるという基板11の処理が行われるものである。
【0046】
ここで、本発明においては、前述のとおり、導電性隔壁部14は接地電位の導電材固定部22と確実に接触しているため、高周波の基板処理空間16への漏れは皆無であり、前記のように生成された励起活性種(OおよびO )とプラズマ生成用ガス(O)のみが、導電性隔壁部14の複数の貫通孔25を介して基板処理空間16に導入されることになる。そこで、基板処理空間16に導入された励起活性種と当該励起活性種から前記のように遷移した活性種が、基板ホルダ17上の基板11表面に形成されている酸化膜に作用し、基板11の処理、すなわち基板11上に形成されている酸化膜の酸化が促進されるという処理が行われる。
【0047】
【実施例】
図3に例示されている基板処理装置を用いた本発明の好ましい実施例を説明する。
【0048】
基板ホルダ17上に、1000オングストロームのシリコン酸化膜が成膜されているガラス基板11(370mm×470mm)を載置する。真空容器12内を所定の減圧状態(32Pa程度)にまで減圧し、ヒータ18によってガラス基板11を所定の温度(310℃程度)に保って、プラズマ生成用ガス導入パイプ23から、O2 をプラズマ生成空間15に、流量1.7g/min.(1.2SLM)で供給する。ここで、電極20に、電力導入棒29を介して60MHz、1.2KWの高周波電力を印加し、ガラス基板11上に形成されているシリコン酸化膜の酸化を促進させるという基板処理を行った。
【0049】
以上、本発明の好ましい実施形態、実施例を添付図面を参照して説明したが、本発明はかかる実施形態、実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載から把握される技術的範囲において種々の形態に変更可能である。
【0050】
例えば、表面に形成されている酸化膜の酸化を一層進行させるという基板処理が行われるガラス基板11を、表面にITO薄膜が形成されているガラス基板に換えて、前記実施例と同様の条件で基板の処理(ITO薄膜の酸化を一層進行させる処理)を行うことが可能である。
【0051】
また、本発明の基板処理方法が行われる基板処理チャンバー3と、ロードロックチャンバー1、搬送チャンバー2などとからなる装置全体の構成は図1、図2図示の形態に限られない。例えば、図2図示のように基板処理チャンバー3が4つ備えられている構成に換えて、基板処理チャンバー3の数を減らし、換わりに成膜チャンバー(例えば、基板の表面にシリコン系等の薄膜が成膜されるCVDチャンバや、基板表面に透明導電薄膜であるITO膜を成膜するスパッタリングチャンバー)、または加熱チャンバー等を取り付けることもできる。
【0052】
【発明の効果】
この発明の方法によれば、大掛かりなアニール装置を必要とすることなく又、一層の酸化の進行を実現させる、基板上に形成されている酸化シリコン(SiO)薄膜、ITO薄膜等の酸化膜の表面に、直接、プラズマを接触させることなく、前記酸化膜の酸化が促進される基板処理を行って、前記酸化膜中の酸化不足を補うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が実施される基板処理装置が含まれている装置の全体を示す概略断面図である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】本発明が実施される基板処理装置の概略断面図である。
【図4】導電性隔壁部の一部拡大断面図。
【符号の説明】
1 ロードロックチャンバー
2 搬送チャンバー
2a ロボットアーム
3 基板処理チャンバー
4a、4b、4c ゲートバルブ
5 排気バルブ
12 真空容器
12a 上容器
12b 下容器
12b−1 排気ポート
13 排気機構
14 導電性隔壁部
15 プラズマ生成空間
16 基板処理空間
17 基板ホルダ
18 ヒータ
19 プラズマ
20 電極
20a 電極の孔
21a、21b 絶縁部材
22 導電材固定部
23 プラズマ生成用ガス導入パイプ
25 貫通孔
29 電力導入棒
31 絶縁物
41 接地電位
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a substrate processing method for generating excited active species using plasma and promoting oxidation of an oxide film formed on the substrate surface using the excited active species.
[0002]
[Prior art]
As a semiconductor device, a silicon oxide (SiO x ) thin film such as a SiO 2 thin film is used as an insulating film. As a method for forming a silicon oxide (SiO x ) thin film, there are means such as annealing a silicon substrate in an oxygen atmosphere, depositing it by a CVD method, or performing reactive sputtering while introducing oxygen. However, in any case, due to insufficient oxygen flow rate or insufficient heating of the substrate, it is difficult to perform sufficient oxidation due to insufficient oxygen incorporation into the film.
[0003]
When an under-oxidized silicon oxide (SiO x ) thin film is allowed to function as a semiconductor device, current flows even at a low voltage at which current should not flow, causing malfunction.
[0004]
In order to repair such oxidation deficiency, methods of reannealing in an oxygen atmosphere or using oxygen plasma have been considered so far, but none of these methods has been sufficient.
[0005]
In the case of an indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”) thin film used as a transparent electrode in a liquid crystal display device or the like, oxygen is released during film formation by sputtering. Sputtering is usually performed with oxygen flowing to make up for this. However, the amount of oxygen that escapes is still larger than the amount taken in, and oxygen in the ITO thin film may be insufficient. In such a case, conventionally, oxygen deficiency has been compensated by annealing in the air or in an oxygen atmosphere.
[0006]
In the case of annealing, the annealing time is determined by the relationship with temperature. In order to shorten the annealing time, the substrate temperature may be increased. However, in the case of a glass substrate for TFT, if the temperature is too high, the substrate itself is thermally damaged. If the temperature is lowered to avoid thermal damage, the annealing time becomes longer. If annealing takes a long time, productivity will decrease.
[0007]
In the case of an ITO thin film, complete oxidation is not preferable. Defects from which oxygen is released moderately are necessary. Conductivity is obtained by the free electrons in the defective portion, and the complete electron is lost. On the other hand, if the oxidation is insufficient, the crystallinity is impaired, light scattering increases in the film, and the transparency is lacking.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
Until now, in order to make up for the lack of oxidation in oxide films such as silicon oxide (SiO x ) thin films and ITO thin films as described above, annealing in an oxygen atmosphere (in the case of ITO thin films, air is also possible) or oxygen plasma There has been a method of placing a substrate therein. However, in the case of annealing, an annealing apparatus becomes large. When oxygen plasma is used, the plasma directly contacts the thin film surface and is damaged by ion bombardment.
[0009]
In order to prevent this, measures such as lowering the plasma density and shortening the processing time have been considered, but this is not sufficient.
[0010]
The present invention does not require a large annealing apparatus when performing substrate processing for promoting the oxidation of an oxide film such as a silicon oxide (SiO x ) thin film or ITO thin film formed on the substrate, and the oxidation promotion described above. An object of the present invention is to propose a substrate processing method in which plasma does not directly contact the surface of a thin film to be processed.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the substrate processing method proposed by the present invention is to generate plasma in a vacuum vessel to generate excited active species, and to treat the substrate surface with this excited active species.
[0012]
In this substrate processing method, the interior is separated into two chambers by a conductive partition wall, and one of the two separated chambers is a plasma generation space in which a high-frequency electrode is disposed, and the other chamber is Is formed as a substrate processing space in which a substrate holding mechanism for placing a substrate is disposed, and the conductive partition wall portion has a plurality of through holes that let the plasma generation space and the substrate processing space pass through. This is done using a vacuum vessel.
[0013]
That is, using the vacuum container having the above-described configuration, a plasma generation gas is supplied to the plasma generation space, and a high frequency power is applied to the high frequency electrode to generate a plasma discharge, thereby generating the plasma generation space. The excited active species of the generated plasma generating gas is introduced into the substrate processing space through a plurality of through holes of the conductive partition wall, and the substrate is treated with the excited active species introduced in the substrate processing space. Is what you do.
[0014]
Here, in the substrate processing method of the present invention, the plasma generating gas is any one of O 2 , O 3 , H 2 O, CO, CO 2 , NO, NO 2 , and N 2 O. A gas formed by mixing a rare gas or a nitrogen gas , supplying the plasma generating gas to a space on the opposite side of the substrate from the high-frequency electrode of the plasma generating space ; The excited active species introduced into the substrate processing space through the through-holes and the activated species transitioned from the excited active species act on the oxide film formed on the substrate to promote the oxidation. It is what.
[0016]
Further, the oxide film that promotes oxidation can be a silicon oxide (SiO x ) thin film or an ITO (indium tin oxide) thin film formed on the surface of the substrate to be processed.
[0017]
According to the substrate processing method of the present invention, neutral plasma generating gas or electrically neutral excited species (radicals) of these plasma generating gas generated by oxygen plasma in the plasma generation space. A glass substrate or the like on which an oxide film is formed on the surface by selectively introducing only the excited active species into the substrate processing space and performing a process for further oxidation such as a silicon oxide (SiO x ) thin film and an ITO thin film Without exposing the substrate to plasma containing high-energy ions, the substrate can be processed by the excited active species and the activated species that have transitioned from the excited active species. Therefore, it is possible to prevent the oxide film, which is subjected to the treatment for further proceeding the oxidation, directly contacting the surface of the oxide film and being damaged by the ion bombardment.
[0018]
As described above, as the plasma generation gas, any one of O 2 , O 3 , H 2 O, CO, CO 2 , NO, NO 2 , N 2 O, or these gases may be used. Since a gas composed of a rare gas or nitrogen gas is used, in addition to the excited active species, these plasma generation gases are also introduced into the substrate processing space, but in order to avoid thermal damage to the substrate itself. In the present invention in which substrate processing is performed at a temperature of about 300 ° C., the plasma generating gas introduced into these substrate processing spaces hardly affects the substrate.
[0019]
In the above description, only the neutral plasma generating gas and the excited active species that are electrically neutral excited species (radicals) of these plasma generating gases generated by the oxygen plasma in the plasma generation space are electrically conductive. The introduction of the charged particles of the plasma introduced into the substrate processing space through the plurality of through holes of the partition wall, that is, the plasma generation space, into the substrate processing space is, for example, a conductive partition. By keeping the portion at the same ground potential as the vacuum vessel, it is possible to realize without high frequency leakage into the substrate processing space.
[0020]
The plurality of through holes provided in the conductive partition wall that separates the inside of the vacuum vessel of the substrate processing apparatus used in the present invention into two chambers, the gas flow rate in the through hole is u, When the substantial length of the through hole is L (FIG. 4) and the mutual gas diffusion coefficient (the mutual gas diffusion coefficient of the gas on both sides of the through hole, ie, the plasma generation space and the substrate processing space) is D, uL It is desirable to form so as to satisfy the condition of / D> 1.
[0021]
By satisfying this condition, it is possible to prevent the plasma generating gas or its active species once released into the substrate processing space from back-diffusing back into the plasma generating space.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
[0023]
A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
[0024]
In FIG. 1, 1 is a load lock chamber, 2 is a transfer chamber, and 3 is a substrate processing chamber in which the substrate processing method of the present invention is performed.
[0025]
The load lock chamber 1 and the substrate processing chamber 3 are connected to the transport chamber 2 through gate valves 4b and 4c, respectively. The load lock chamber 1 has a gate valve 4a for placing a substrate from the atmosphere in the apparatus. An exhaust valve 5 is attached to each of these chambers, and an exhaust mechanism (not shown) is connected to the chamber. When substrate processing is performed in each chamber, the inside of each of the chambers 1, 2, and 3 is evacuated by an evacuation mechanism through the evacuation valve 5 and maintained in a required vacuum state (or reduced pressure state). Note that a robot arm 2a for transporting a substrate is incorporated in the transport chamber 2 as indicated by a broken line.
[0026]
FIG. 2 is a top view of FIG. As can be seen, the illustrated embodiment is configured as a cluster type device.
[0027]
The substrate is carried into the load lock chamber 1 and depressurized to a required vacuum state. Thereafter, the substrate is transferred by the substrate transfer robot arm 2a provided in the transfer chamber 2, and is transferred into the substrate processing chamber 3 through the gate valves 4b and 4c. The substrate carried into the substrate processing chamber 3 is placed on the substrate holder 17 (FIG. 3) disposed at the lower portion.
[0028]
In each of the chambers 1 to 3 shown in FIG. 1, the structure of the substrate processing chamber 3 is indicated by a solid line as a characteristic configuration. The substrate processing chamber 3 is used to process a substrate processed by the method of the present invention (of these oxide films formed on the substrate) on an oxide film such as a silicon oxide (SiO x ) thin film and an ITO thin film formed on the substrate. This is a substrate processing apparatus in which oxidation is further advanced.
[0029]
As illustrated in FIG. 3, the substrate processing chamber 3 includes a plasma generation space 15 spatially separated from the substrate processing space 16 above the interior thereof, and a plasma separation type substrate processing apparatus. It is configured as.
[0030]
The vacuum container 12 of the substrate processing apparatus is a vacuum container whose interior is maintained in a desired vacuum state by the exhaust mechanism 13 when performing substrate processing such as film formation processing. The exhaust mechanism 13 is connected to an exhaust port 12b-1 formed in the vacuum vessel 12.
[0031]
Inside the vacuum vessel 12, a conductive partition 14 made of a conductive member is provided in a horizontal state, and the periphery of the conductive partition 14 having a rectangular shape, for example, is fixed to a conductive material. It arrange | positions so that it may be pressed on the lower surface of the part 22 and a sealing state may be formed.
[0032]
Thus, the interior of the vacuum vessel 12 is separated into two upper and lower chambers by the conductive partition wall 14, the upper chamber forms the plasma generation space 15, and the lower chamber forms the substrate processing space 16.
[0033]
The conductive partition wall portion 14 has a desired specific thickness, has a flat plate shape as a whole, and has a planar shape similar to the horizontal sectional shape of the vacuum vessel 12.
[0034]
The substrate 11 is disposed on a substrate holder 17 provided in the substrate processing space 16. The substrate 11 is substantially parallel to the conductive partition wall 14 and is disposed such that the film formation surface (upper surface) to be processed faces the lower surface of the partition wall 14.
[0035]
The potential of the substrate holder 17 is held at the ground potential 41 that is the same potential as the vacuum vessel 12. Further, a heater 18 is provided inside the substrate holder 17. The temperature of the substrate 11 is maintained at a predetermined temperature by the heater 18.
[0036]
The structure of the vacuum vessel 12 will be further described. The vacuum vessel 12 includes an upper vessel 12a that forms the plasma generation space 15 and a lower vessel 12b that forms the substrate processing space 16 from the viewpoint of improving the assemblability. When the vacuum container 12 is formed by combining the upper container 12a and the lower container 12b, the conductive partition wall 14 is provided at a position between them. The electrode 20 has an insulating member 21a on the upper side of the insulating member 21a, 21b between which the side surface of the peripheral part is interposed between the upper container 12a, and a lower insulating member 21b on the lower end surface of the peripheral part. They are attached in contact with each other. As a result, an isolated plasma generation space 15 and a substrate processing space 16 are formed above and below the conductive partition wall 14.
[0037]
The conductive partition wall 14 includes a plurality of through holes 25, and the plasma generation space 15 and the substrate processing space 16 are connected only by the plurality of through holes 25.
[0038]
In the illustrated embodiment, the plurality of through holes 25 have a gas flow velocity u in the through hole 25, a substantial through hole length L (FIG. 4), and a mutual gas diffusion coefficient (both sides of the through hole 25). In other words, when the mutual gas diffusion coefficient of the gas in the plasma generation space 15 and the substrate processing space 16 is D, it is formed to satisfy the condition of uL / D> 1.
[0039]
In the embodiment of the substrate processing apparatus to which the substrate processing method of the present invention shown in FIG. 3 is applied, the region where the plasma 19 is generated in the plasma generation space 15 is the partition wall 14, the upper container 12 a, and the approximate center thereof. And a plate-like electrode (high-frequency electrode) 20 disposed at the position. The electrode 20 has a plurality of holes 20a.
[0040]
A power introducing rod 29 connected to the electrode 20 is provided on the ceiling of the upper container 12a. The electrode 20 is fed with high-frequency power for discharge by the power introduction rod 29. The electrode 20 functions as a high frequency electrode. The power introduction rod 29 is covered with an insulator 31 so as to be insulated from other metal parts.
[0041]
The conductive partition wall 14 has a ground potential 41 through the conductive material fixing portion 22.
[0042]
The insulating member 21 a is provided with a plasma generation gas introduction pipe 23 for introducing a gas for generating excited active species from the outside into the plasma generation space 15. As the plasma generation gas, for example, any of O 2 , O 3 , H 2 O, CO, CO 2 , NO, NO 2 , N 2 O, or a mixture of these gases with a rare gas or a nitrogen gas Gas can be used.
[0043]
A preferred embodiment of the present invention using the substrate processing chamber 3 described above will be described.
[0044]
By supplying a plasma generating gas (for example, O 2 ) from the plasma generating gas introduction pipe 23 to the plasma generating space 15 and applying high frequency power to the electrode 20 of the plasma generating space 15 to generate a plasma discharge. In the plasma generation space 15, excited active species (O * and O 2 * ) of the plasma generating gas (O 2 ) are generated.
[0045]
The excited active species and the plasma generating gas generated in this way are introduced into the substrate processing space 16 through the plurality of through holes 25 of the conductive partition wall 14. At this time, some of the excited active species (O * and O 2 * ) transition to a low energy level while moving to the substrate processing space 16 through the through-holes 25, and the basis of the O atoms In this way, the excited active species (O * and O 2 * ) introduced into the substrate processing space 16 and the active species that have transitioned from the excited active species as described above are the substrate. The substrate 11 is processed to act on an oxide film such as a silicon oxide (SiO x ) thin film or an ITO thin film formed on the substrate 11 and to promote the oxidation of those oxide films.
[0046]
Here, in the present invention, as described above, since the conductive partition wall portion 14 is reliably in contact with the conductive material fixing portion 22 having the ground potential, there is no leakage of the high-frequency substrate processing space 16. Only the excited active species (O * and O 2 * ) and the plasma generating gas (O 2 ) generated as described above are introduced into the substrate processing space 16 through the plurality of through holes 25 of the conductive partition wall 14. Will be. Therefore, the excited active species introduced into the substrate processing space 16 and the activated species that have transitioned from the excited active species as described above act on the oxide film formed on the surface of the substrate 11 on the substrate holder 17, and the substrate 11. That is, the process of promoting the oxidation of the oxide film formed on the substrate 11 is performed.
[0047]
【Example】
A preferred embodiment of the present invention using the substrate processing apparatus illustrated in FIG. 3 will be described.
[0048]
A glass substrate 11 (370 mm × 470 mm) on which a 1000 Å silicon oxide film is formed is placed on the substrate holder 17. The inside of the vacuum vessel 12 is depressurized to a predetermined depressurized state (about 32 Pa), the glass substrate 11 is kept at a predetermined temperature (about 310 ° C.) by the heater 18, and O 2 is generated from the plasma generating gas introduction pipe 23. In the space 15, a flow rate of 1.7 g / min. (1.2 SLM). Here, a substrate process was performed in which high-frequency power of 60 MHz and 1.2 KW was applied to the electrode 20 through the power introduction rod 29 to promote oxidation of the silicon oxide film formed on the glass substrate 11.
[0049]
The preferred embodiments and examples of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments and examples, and is understood from the description of the scope of claims. It can be changed into various forms within the scope.
[0050]
For example, the glass substrate 11 on which the substrate processing of further progressing the oxidation of the oxide film formed on the surface is performed is replaced with the glass substrate on which the ITO thin film is formed on the surface, under the same conditions as in the above embodiment. It is possible to perform substrate processing (processing for further oxidizing the ITO thin film).
[0051]
Further, the configuration of the entire apparatus including the substrate processing chamber 3 in which the substrate processing method of the present invention is performed, the load lock chamber 1, the transfer chamber 2, and the like is not limited to the form shown in FIGS. For example, instead of the configuration in which four substrate processing chambers 3 are provided as shown in FIG. 2, the number of substrate processing chambers 3 is reduced, and instead a film forming chamber (for example, a silicon-based thin film on the surface of the substrate). It is also possible to attach a CVD chamber in which a film is formed, a sputtering chamber in which an ITO film which is a transparent conductive thin film is formed on the substrate surface, or a heating chamber.
[0052]
【The invention's effect】
According to the method of the present invention, an oxide film such as a silicon oxide (SiO x ) thin film or an ITO thin film formed on a substrate that does not require a large-scale annealing apparatus and realizes further progress of oxidation. A substrate treatment that promotes oxidation of the oxide film can be performed without directly contacting the surface of the substrate with plasma to compensate for the lack of oxidation in the oxide film.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an entire apparatus including a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented.
2 is a plan view of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a substrate processing apparatus in which the present invention is implemented.
FIG. 4 is a partially enlarged cross-sectional view of a conductive partition wall.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Load lock chamber 2 Transfer chamber 2a Robot arm 3 Substrate processing chamber 4a, 4b, 4c Gate valve 5 Exhaust valve 12 Vacuum container 12a Upper container 12b Lower container 12b-1 Exhaust port 13 Exhaust mechanism 14 Conductive partition part 15 Plasma production space 16 Substrate processing space 17 Substrate holder 18 Heater 19 Plasma 20 Electrode 20a Electrode holes 21a and 21b Insulating member 22 Conductive material fixing part 23 Plasma generating gas introduction pipe 25 Through hole 29 Power introduction rod 31 Insulator 41 Ground potential

Claims (3)

真空容器内でプラズマを生成して励起活性種を発生させ、この励起活性種で基板表面の処理を行う基板処理方法であって、
真空容器内部が導電性隔壁部によって二室に隔離されており、当該隔離された二室のうち、一方の室の内部は高周波電極が配置されたプラズマ生成空間として、他方の室の内部は基板を載置する基板保持機構が配置された基板処理空間としてそれぞれ形成され、
前記導電性隔壁部が、前記プラズマ生成空間と前記基板処理空間を通じさせる複数の貫通孔を有している真空容器を用い、
前記プラズマ生成空間にプラズマ生成用ガスを供給すると共に、前記高周波電極に高周波電力を与えてプラズマ放電を発生させることにより、前記プラズマ生成空間で生成されたプラズマ生成用ガスの励起活性種を、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を通して前記基板処理空間に導入させ、
前記基板処理空間において、導入された前記励起活性種で基板への処理を行う基板処理方法において、
前記プラズマ生成用ガスはO2、O3、H2O、CO、CO2、NO、NO2、N2Oのうちのいずれか一つのガスに希ガスあるいは窒素ガスを混合してなるガスであり、該プラズマ生成用ガスを前記プラズマ生成空間の前記高周波電極に対して前記基板と反対側の空間に供給し、前記導電性隔壁部の複数の貫通孔を介して前記基板処理空間に導入された励起活性種及び当該励起活性種から遷移した活性種が、基板上に形成されている酸化膜に作用してその酸化が促進されることを特徴とする基板処理方法。
A substrate processing method for generating excited active species by generating plasma in a vacuum container and processing the substrate surface with the excited active species,
The inside of the vacuum vessel is separated into two chambers by a conductive partition wall, and one of the two separated chambers is a plasma generation space in which a high frequency electrode is arranged, and the other chamber is a substrate. Each is formed as a substrate processing space in which a substrate holding mechanism is placed,
Using a vacuum vessel in which the conductive partition wall has a plurality of through holes that let the plasma generation space and the substrate processing space pass through,
The plasma generation gas is supplied to the plasma generation space, and a high frequency power is applied to the high frequency electrode to generate a plasma discharge, thereby generating an excited active species of the plasma generation gas generated in the plasma generation space, Introduced into the substrate processing space through a plurality of through holes in the conductive partition wall;
In the substrate processing method, in the substrate processing space, processing the substrate with the excited active species introduced,
The plasma generation gas is a gas obtained by mixing a rare gas or a nitrogen gas with any one of O 2 , O 3 , H 2 O, CO, CO 2 , NO, NO 2 , and N 2 O. The plasma generating gas is supplied to a space opposite to the substrate with respect to the high-frequency electrode of the plasma generating space, and is introduced into the substrate processing space through a plurality of through holes of the conductive partition wall. The substrate processing method characterized in that the excited active species and the active species transitioned from the excited active species act on the oxide film formed on the substrate to promote the oxidation.
酸化が促進される酸化膜は、処理される基板表面に形成されている酸化シリコン(SiOX)薄膜又はITO(酸化インジウム錫)薄膜であることを特徴とする請求項1記載の基板処理方法。2. The substrate processing method according to claim 1, wherein the oxide film whose oxidation is promoted is a silicon oxide (SiO x ) thin film or an ITO (indium tin oxide) thin film formed on the surface of the substrate to be processed. 真空容器内部を二室に隔離している導電性隔壁部に備えられている前記複数の貫通孔は、当該貫通孔内でのガス流速をu、実質的な貫通孔の長さをL、相互ガス拡散係数をDとするとき、uL/D>1の条件を満たすように形成されていることを特徴とする請求項1又は2記載の基板処理方法。  The plurality of through holes provided in the conductive partition wall separating the inside of the vacuum chamber into two chambers have a gas flow velocity in the through hole u, a substantial through hole length L, 3. The substrate processing method according to claim 1, wherein the substrate diffusion method is formed so as to satisfy a condition of uL / D> 1, where D is a gas diffusion coefficient.
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