JP2002313737A - Plasma treating equipment - Google Patents

Plasma treating equipment

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JP2002313737A
JP2002313737A JP2001116178A JP2001116178A JP2002313737A JP 2002313737 A JP2002313737 A JP 2002313737A JP 2001116178 A JP2001116178 A JP 2001116178A JP 2001116178 A JP2001116178 A JP 2001116178A JP 2002313737 A JP2002313737 A JP 2002313737A
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Japan
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cathode
sheath
plasma
plasma processing
frequency
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JP2001116178A
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Japanese (ja)
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Hisao Morooka
久雄 師岡
Shuichi Takamura
秀一 高村
Yoshihiko Uesugi
喜彦 上杉
Tetsuyasu Ono
哲靖 大野
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TDK Corp
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TDK Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide plasma treating equipment wherein treatment efficiency can be improved. SOLUTION: In this plasma treating equipment, a sheath width reducing member 10 which is a plate-shaped member having a plurality of penetrating holes is arranged between a cathode 2 and an a node 3. A distance between the sheath width reducing member 10 and the cathode 2 is smaller than the width of a cathode sheath in the state that the sheath width reducing member 10 is not arranged. A magnetron magnetic field generating means (magnet 20) and/or a cusp magnetic field generating means for confining the generated plasma are arranged in the vicinity of the cathode 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマCVDや
プラズマエッチング等のプラズマ処理を行うための装置
に関する。
[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to an apparatus for performing plasma processing such as plasma CVD and plasma etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】Si薄膜やDLC(Diamond Like Carbo
n)薄膜の形成には、プラズマCVDが利用されてい
る。また、半導体素子等の製造に必要とされる微細パタ
ーンの形成には、プラズマエッチングが利用されてい
る。プラズマCVDは、原料ガスをプラズマ化し、この
プラズマ中のイオン、ラジカル等の電離・解離種を、基
体の表面に堆積させることにより膜形成を行う方法であ
る。一方、プラズマエッチングは、プラズマ中の電離・
解離種を被処理体に衝突させてエッチングを行う方法で
ある。
2. Description of the Related Art Si thin films and DLC (Diamond Like Carbo)
n) Plasma CVD is used to form a thin film. In addition, plasma etching is used to form a fine pattern required for manufacturing a semiconductor element or the like. Plasma CVD is a method of forming a film by converting a raw material gas into plasma and depositing ionized and dissociated species such as ions and radicals in the plasma on the surface of a substrate. On the other hand, plasma etching uses ionization and
This is a method of performing etching by causing a dissociated species to collide with an object to be processed.

【0003】プラズマCVDやプラズマエッチング等の
プラズマ処理に用いるプラズマ発生源としては、例え
ば、13.56MHzの周波数を用いた容量結合型高周波
プラズマ源や、特開昭64−65843号公報に開示さ
れているようなエレクトロン・サイクロトロン・レゾナ
ンス(ECR)を利用したものがある。このうち容量結
合型高周波プラズマ源は、大面積処理および安定放電が
可能で、かつ、ECRプラズマ発生源に比べ安価に製造
できる。
As a plasma generation source used for plasma processing such as plasma CVD and plasma etching, for example, a capacitively-coupled high-frequency plasma source using a frequency of 13.56 MHz and Japanese Patent Application Laid-Open No. 64-65843 are disclosed. Some of them use electron cyclotron resonance (ECR). Among them, the capacitively-coupled high-frequency plasma source can perform large-area processing and stable discharge, and can be manufactured at a lower cost than an ECR plasma source.

【0004】容量結合型高周波プラズマ処理装置は、高
周波電極と接地電極との間にプラズマを発生させる方式
であり、結合コンデンサを介して高周波電極に高周波電
圧を印加する。このとき、自己バイアス効果により平均
的に負の深いバイアスが形成されるので、高周波電極は
陰極として機能する。そして、高周波電極と接地電極と
の間には、グロー領域が生じる。本明細書では、高周波
電極を陰極と呼び、接地電極を陽極と呼ぶ。
The capacitively coupled high-frequency plasma processing apparatus generates plasma between a high-frequency electrode and a ground electrode, and applies a high-frequency voltage to the high-frequency electrode via a coupling capacitor. At this time, a deep negative bias is formed on average by the self-bias effect, so that the high-frequency electrode functions as a cathode. Then, a glow region is generated between the high-frequency electrode and the ground electrode. In this specification, the high-frequency electrode is called a cathode, and the ground electrode is called an anode.

【0005】図12に、容量結合型プラズマ処理装置の
主要部断面図と、この処理装置内における電位分布とを
示す。図12に示す装置では、陰極2と陽極3とが対向
して配置され、陰極2には、結合コンデンサ4を介して
高周波電源5が接続され、陽極3は接地されている。陰
極2に高周波電圧が印加されると、両電極の間には、高
密度プラズマ領域であるグロー領域6が生じると共に、
陰極2の前面(プラズマに対向する面)には陰極シース
が形成され、陽極3の前面(プラズマと対向する面)に
は陽極シースが形成される。陰極シースおよび陽極シー
スは共に発光の弱い領域である。
FIG. 12 is a sectional view of a main part of a capacitively coupled plasma processing apparatus and a potential distribution in the processing apparatus. In the device shown in FIG. 12, a cathode 2 and an anode 3 are arranged to face each other, a high-frequency power supply 5 is connected to the cathode 2 via a coupling capacitor 4, and the anode 3 is grounded. When a high-frequency voltage is applied to the cathode 2, a glow region 6, which is a high-density plasma region, is generated between the two electrodes,
A cathode sheath is formed on the front surface of the cathode 2 (the surface facing the plasma), and an anode sheath is formed on the front surface of the anode 3 (the surface facing the plasma). Both the cathode sheath and the anode sheath are regions where light emission is weak.

【0006】陰極シース中には大きな電位差が現れ、プ
ラズマ中のイオンはこの電位差で加速されて陰極2に大
きなエネルギーをもって衝突し、γ作用により陰極2表
面から2次電子(γ電子)を放出させる。放出されたγ
電子は、陰極シース中の電位勾配によって加速されてグ
ロー領域6中に大きなエネルギーをもって入射し、その
α作用によって気体分子を電離するので、放電が維持さ
れる。陰極シースが暗いのは、陰極2から放出されたγ
電子が、気体分子の最低励起エネルギーに加速されるま
で気体分子を励起できないためである。
[0006] A large potential difference appears in the cathode sheath, and ions in the plasma are accelerated by this potential difference and collide with the cathode 2 with a large energy, and secondary electrons (γ electrons) are emitted from the surface of the cathode 2 by the γ action. . Released γ
The electrons are accelerated by the potential gradient in the cathode sheath and enter the glow region 6 with a large energy, and ionize the gas molecules by the α action, so that the discharge is maintained. The darkness of the cathode sheath is caused by the γ emitted from the cathode 2.
This is because the gas molecules cannot be excited until the electrons are accelerated to the lowest excitation energy of the gas molecules.

【0007】一方、陽極3近傍では、通常、陽極3への
電子電流密度が乱雑粒子束に伴う電流密度より小さい場
合が多いので、その分だけ電子を追い返すために陽極電
位はプラズマ電位より低くなって、図示するような電位
勾配をもつ陽極シースが形成される。ただし、陽極の面
積が小さく、電子電流密度が乱雑粒子束に伴う電流密度
以上になると、陽極はプラズマ電位より高くなり、一部
電離を伴う電子シースが形成されることがある。なお、
図示例のようにプラズマ電位より陽極電位が低い場合、
陽極シースはイオンシースである。
On the other hand, in the vicinity of the anode 3, the electron current density to the anode 3 is usually smaller than the current density associated with the random particle flux, so that the anode potential becomes lower than the plasma potential in order to repel electrons by that much. Thus, an anode sheath having a potential gradient as shown is formed. However, when the area of the anode is small and the electron current density is equal to or higher than the current density associated with the random particle flux, the anode becomes higher than the plasma potential, and an electron sheath with partial ionization may be formed. In addition,
When the anode potential is lower than the plasma potential as in the example shown,
The anode sheath is an ion sheath.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】このようなプラズマ処
理装置において、原料ガスやエッチングガス等の中性ガ
スの圧力を、陰極シース中で電子−中性粒子間およびイ
オン−中性粒子間の衝突が頻繁に生じる程度に設定した
場合、陰極2に加わるイオン衝突エネルギーは、陰極シ
ース中の電界強度に比例し中性ガス圧に反比例する。中
性ガス圧は目的に応じて任意に設定可能なので、陰極シ
ース中において電子−中性粒子間およびイオン−中性粒
子間の衝突が実質的に生じない程度に低圧力に設定する
こともできる。ただし、その場合にはプラズマ処理の効
率が著しく低くなってしまう。そのため、上記粒子間の
衝突が頻繁に生じる程度の圧力に設定するのが一般的で
ある。
In such a plasma processing apparatus, the pressure of a neutral gas, such as a source gas or an etching gas, is reduced by collision between electron-neutral particles and ion-neutral particles in a cathode sheath. Is set to such an extent that frequent occurrence occurs, the ion collision energy applied to the cathode 2 is proportional to the electric field strength in the cathode sheath and inversely proportional to the neutral gas pressure. Since the neutral gas pressure can be arbitrarily set according to the purpose, it can be set to such a low pressure that collision between electrons and neutral particles and between ions and neutral particles does not substantially occur in the cathode sheath. . However, in that case, the efficiency of the plasma processing is significantly reduced. Therefore, the pressure is generally set to such a degree that the collision between the particles frequently occurs.

【0009】しかし、陰極シース中において上記粒子間
の衝突が頻繁に生じると、イオンおよび電子が陰極シー
ス中において減速されてしまうので、陰極に衝突するイ
オンのエネルギーが低くなり、また、グロー領域に入射
するγ電子のエネルギーが低くなってしまう。その結
果、プラズマ密度を向上させることが困難となって、処
理効率を増大させることが難しくなる。
However, if the collision between the particles frequently occurs in the cathode sheath, ions and electrons are decelerated in the cathode sheath, so that the energy of the ions colliding with the cathode is reduced, and the energy of the ions in the glow region is reduced. The energy of the incident γ-electron becomes low. As a result, it becomes difficult to improve the plasma density, and it becomes difficult to increase the processing efficiency.

【0010】本発明の目的は、処理効率を高くできるプ
ラズマ処理装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of increasing processing efficiency.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】このような目的は、下記
(1)〜(9)の本発明により達成される。 (1) 陰極と陽極との間に、複数の貫通孔を有する板
状体であるシース幅縮小部材が配置され、このシース幅
縮小部材の陰極からの距離が、シース幅縮小部材を設け
ないときの陰極シース幅よりも小さく、陰極近傍に、マ
グネトロン磁場発生手段、および/または、発生したプ
ラズマを閉じ込めるためのカスプ磁場発生手段を有する
プラズマ処理装置。 (2) 前記貫通孔の短径がデバイ長の10倍以下であ
る上記(1)のプラズマ処理装置。 (3) 前記シース幅縮小部材の電位を制御するための
バイアス電圧印加手段を有する上記(1)または(2)
のプラズマ処理装置。 (4) マグネトロン磁場発生手段を有し、かつ、前記
陰極の少なくともプラズマに対向する表面が、W、T
a、Mo、TiおよびZrの少なくとも1種を含有する
金属または合金から構成される上記(1)〜(3)のい
ずれかのプラズマ処理装置。 (5) マグネトロン磁場発生手段を有し、かつ、陰極
に接続された高周波電源と、陰極シース電圧を減少させ
る手段とを有する上記(1)〜(4)のいずれかのプラ
ズマ処理装置。 (6) 前記高周波電源の周波数において高いインピー
ダンスを示す高域遮断フィルタを設け、前記高域遮断フ
ィルタの一端を前記高周波電源と並列に陰極に接続し、
前記高域遮断フィルタの他端を接地することにより、陰
極シース電圧を減少させるものである上記(5)のプラ
ズマ処理装置。 (7) 前記高周波電源の周波数において高いインピー
ダンスを示す高域遮断フィルタと、この高域遮断フィル
タに直列に接続された抵抗器とを含む電位制御手段を設
け、前記電位制御手段を前記高周波電源と並列に陰極に
接続することにより、陰極シース電圧を減少させるもの
である上記(5)のプラズマ処理装置。 (8) 前記高周波電源の周波数において高いインピー
ダンスを示す高域遮断フィルタと、この高域遮断フィル
タに直列に接続された直流電源とを含む電位制御手段を
設け、前記電位制御手段を前記高周波電源と並列に陰極
に接続することにより、陰極シース電圧を減少させるも
のである上記(5)のプラズマ処理装置。 (9) 前記カスプ磁場発生手段が前記陽極として機能
する上記(1)〜(8)のいずれかのプラズマ処理装
置。
This and other objects are achieved by the present invention which is defined below as (1) to (9). (1) When a sheath width reducing member which is a plate-like body having a plurality of through holes is arranged between a cathode and an anode, and the distance from the cathode of the sheath width reducing member is not provided with the sheath width reducing member. A plasma processing apparatus having a magnetron magnetic field generating means and / or a cusp magnetic field generating means for confining generated plasma in the vicinity of the cathode, the width being smaller than the cathode sheath width. (2) The plasma processing apparatus according to the above (1), wherein the minor diameter of the through hole is 10 times or less the Debye length. (3) The above (1) or (2) having a bias voltage applying means for controlling a potential of the sheath width reducing member.
Plasma processing equipment. (4) The cathode has a magnetron magnetic field generating means, and at least the surface of the cathode facing the plasma has W, T
The plasma processing apparatus according to any one of the above (1) to (3), comprising a metal or an alloy containing at least one of a, Mo, Ti and Zr. (5) The plasma processing apparatus according to any one of (1) to (4), further comprising: a magnetron magnetic field generating unit, a high frequency power supply connected to the cathode, and a unit for reducing the cathode sheath voltage. (6) providing a high-frequency cutoff filter exhibiting high impedance at the frequency of the high-frequency power supply, and connecting one end of the high-frequency cutoff filter to the cathode in parallel with the high-frequency power supply;
The plasma processing apparatus according to the above (5), wherein the other end of the high-frequency cutoff filter is grounded to reduce the cathode sheath voltage. (7) Potential control means including a high-frequency cutoff filter exhibiting high impedance at the frequency of the high-frequency power supply and a resistor connected in series to the high-frequency cutoff filter is provided. The plasma processing apparatus according to the above (5), wherein the cathode sheath voltage is reduced by connecting the cathode sheath in parallel. (8) Potential control means including a high-frequency cutoff filter exhibiting high impedance at the frequency of the high-frequency power supply and a DC power supply connected in series to the high-frequency cutoff filter is provided. The plasma processing apparatus according to the above (5), wherein the cathode sheath voltage is reduced by connecting the cathode sheath in parallel. (9) The plasma processing apparatus according to any one of (1) to (8), wherein the cusp magnetic field generation means functions as the anode.

【0012】本発明では、図12に例示するような従来
のプラズマ処理装置において陰極シースであった領域内
に、図1および図2に示すようにシース幅縮小部材10
を配置する。このシース幅縮小部材10は、複数の貫通
孔11を有する板状体であり、これを陰極シース中に配
置することによって、陰極シースの幅を狭くすることが
できる。その結果、陽極3のプラズマ対向面側に配置さ
れた被処理体7を、高速にプラズマ処理することが可能
となる。以下、シース幅縮小部材10による作用効果に
ついて説明する。なお、以下の説明は、シース幅縮小部
材10を導電材料から構成した場合についてのものであ
る。
In the present invention, as shown in FIGS. 1 and 2, a sheath width reducing member 10 is provided in a region which was a cathode sheath in a conventional plasma processing apparatus as illustrated in FIG.
Place. The sheath width reducing member 10 is a plate-like body having a plurality of through holes 11, and by arranging this in the cathode sheath, the width of the cathode sheath can be reduced. As a result, the processing target 7 disposed on the plasma facing surface side of the anode 3 can be plasma-processed at high speed. Hereinafter, the operation and effect of the sheath width reducing member 10 will be described. The following description is for the case where the sheath width reducing member 10 is made of a conductive material.

【0013】シース幅縮小部材10を陰極シース中に配
置し、かつ、直流バイアス電圧を加えることにより、シ
ース幅縮小部材10の電位を図12に示すVP(シース
幅縮小部材10を設けないときのプラズマ電位)と同じ
か、または、VPより高く設定すると、図1および図2
の電位分布グラフにそれぞれ示すように、電位がVP
上である領域が、シース幅縮小部材10の陰極2に対向
する面まで延長され、陰極シースの幅が縮小される。ま
た、シース幅縮小部材10を設置することによりVP
上の電位となった領域は、グロー領域となる。すなわ
ち、シース幅縮小部材10を設けることにより、陰極シ
ースの幅が縮小されると共に、グロー領域6が拡張され
る。
By disposing the sheath width reducing member 10 in the cathode sheath and applying a DC bias voltage, the potential of the sheath width reducing member 10 is set to V P shown in FIG. 12 (when the sheath width reducing member 10 is not provided). the plasma potential) equal to or, or, if you set higher than V P, 1 and 2
Of, as shown respectively in potential distribution graph, region potential is greater than or equal to V P is extended to the surface facing the cathode 2 of the sheath narrowing member 10, the width of the cathode sheath is reduced. The area became V P over potential by placing a sheath narrowing member 10 is a glow region. That is, by providing the sheath width reducing member 10, the width of the cathode sheath is reduced and the glow region 6 is expanded.

【0014】また、シース幅縮小部材10に印加する直
流バイアス電圧が、図12に示すV P未満である場合に
も、陰極シース幅の縮小が可能である。例えば図3に示
すように、シース幅縮小部材10を接地させてその電位
をゼロとした場合にも、陰極シース幅を縮小させること
ができる。この場合には、図12に示す陰極シース中に
おいて負電位である領域中に、シース縮小部材10を配
置する。これにより、ゼロ電位の領域がシース幅縮小部
材10の陰極2対向側面まで延長されるため、陰極シー
スの幅が縮小される。この場合には、シース幅縮小部材
10の電位を積極的に制御する必要がないため、プラズ
マ処理装置の複雑化を防ぐことができる。
Further, the direct voltage applied to the sheath width reducing member 10 is
The current bias voltage is V PIf less than
Also, the width of the cathode sheath can be reduced. For example, as shown in FIG.
As shown in FIG.
The cathode sheath width should be reduced even if
Can be. In this case, in the cathode sheath shown in FIG.
The sheath reducing member 10 in a region where the potential is negative.
Place. As a result, the area of zero potential is
Since it is extended to the side facing the cathode 2 of the material 10, the cathode sheet
The width of the source is reduced. In this case, the sheath width reducing member
Because there is no need to actively control the potential of 10
It is possible to prevent the processing device from becoming complicated.

【0015】本発明では、陰極シース中において電子−
中性粒子間およびイオン−中性粒子間の衝突が頻繁に生
じる程度に中性ガス圧が高い場合に有効であるが、ま
ず、陰極シース中において上記各衝突が実質的に生じな
い程度に低圧力である場合について、すなわち、上記粒
子間の平均自由行程が陰極シース幅に比べ非常に大きい
場合について説明する。この場合、電子とイオンとは、
陰極シース中で中性粒子との衝突によりエネルギーを失
うことはない。したがって、陰極に流入するイオンのエ
ネルギーおよび陰極へのイオン衝突によって放出される
γ電子の陰極シース端(グロー領域との境界)でのエネ
ルギーは、陰極シース電圧(図1におけるプラズマ電位
Pと陰極電位VCとの差)により決定される。そのた
め、陰極シース幅が変化し、それによって陰極シース中
の電位勾配が変化しても、陰極シース電圧(VP−VC
が変化しなければ、陰極に流入するイオンのエネルギー
および陰極シース端におけるγ電子のエネルギーは変化
しない。したがって、プラズマ生成効率はシース幅に依
存しない。
[0015] In the present invention, the electron-
This is effective when the neutral gas pressure is high enough to cause frequent collisions between neutral particles and ions-neutral particles. The case where the pressure is pressure, that is, the case where the mean free path between the particles is much larger than the cathode sheath width will be described. In this case, the electrons and ions are
Energy is not lost by collision with neutral particles in the cathode sheath. Therefore, the energy of the ion energy and the cathode sheath end of γ electrons emitted by the ion bombardment of the cathode entering the cathode (the boundary between the glow region), the plasma potential V P and the cathode in the cathode sheath voltage (Fig. 1 (The difference from the potential V C ). Therefore, the cathode sheath width is changed, even if thereby changing the potential gradient in the cathode sheath, the cathode sheath voltage (V P -V C)
If does not change, the energy of ions flowing into the cathode and the energy of γ electrons at the end of the cathode sheath do not change. Therefore, the plasma generation efficiency does not depend on the sheath width.

【0016】これに対し本発明は、中性ガス圧が比較的
高く、陰極シース中における上記粒子間の平均自由行程
が陰極シース幅と同程度かそれよりも短い場合を対象と
する。この場合、陰極シース中での中性粒子との衝突に
より、イオンおよび電子のエネルギーは失われる。この
とき、 Wi:陰極に流入するイオンのエネルギー、 We:陰極シース端でのγ電子のエネルギー、 λi-n:イオン−中性粒子間の平均自由行程、 λe-n:電子−中性粒子間の平均自由行程、 <E>:陰極シース中の平均電界、 qe:電子の電荷量、 qi:イオンの電荷量 とすると、 Wi=qi<E>・λi-n、 We=|qe|<E>・λe-n となる。すなわち、この場合には、陰極シース中におい
て衝突が生じない場合と異なり、WiおよびWeが、陰極
シース中の電界強度(<E>)に比例して変化することに
なる。
On the other hand, the present invention is directed to the case where the neutral gas pressure is relatively high and the mean free path between the particles in the cathode sheath is equal to or shorter than the cathode sheath width. In this case, ion and electron energy is lost due to collision with neutral particles in the cathode sheath. In this case, W i: the energy of the ions flowing to the cathode, W e: gamma electron energy at the cathode sheath end, lambda in: Ion - mean free path between the neutral particles, lambda en: Electronic - between neutral the mean free path of, <e>: the average electric field in the cathode sheath, q e: charge of an electron, q i: When you charge the amount of ions, W i = q i <e > · λ in, W e = | q e | <E> · λ en . That is, in this case, unlike the case where no collision occurs during cathode sheath, W i and W e are, will vary in proportion to the electric field strength in the cathode sheath (<E>).

【0017】この場合において、シース幅縮小部材10
を設けることにより、陰極シース電圧(VP−VC)を変
化させずに陰極シース幅を縮小すれば、電界強度(<E
>)が大きくなるのでWiおよびWeが共に増大する。Wi
の増大は、γ電子の放出量が多くなることを意味し、一
方、Weの増大は、放出されたγ電子の陰極シース中に
おけるエネルギーの増大を意味するので、結果として、
グロー領域6中に高エネルギーのγ電子が多量に入射す
ることになる。中性ガスのプラズマ化は、衝突する電子
のエネルギーが高いほど、また、高エネルギーの電子の
数が多いほど高効率で進行するので、シース幅縮小部材
10を設けることにより、高密度プラズマの生成が可能
となる。
In this case, the sheath width reducing member 10
By providing, if reduced cathode sheath width without changing the cathode sheath voltage (V P -V C), the field strength (<E
>) Is W i and W e will increase both becomes larger. Wi
Is increased, which means that the amount of emitted γ electrons increases, whereas, since the increase in W e means the increase of energy in the cathode sheath emitted γ electrons, as a result,
A large amount of high-energy γ electrons enter the glow region 6. The neutralization of the neutral gas into a plasma proceeds with higher efficiency as the energy of the colliding electrons increases and as the number of the high-energy electrons increases. Therefore, by providing the sheath width reducing member 10, the high density plasma is generated. Becomes possible.

【0018】また、陰極シース幅の減少は、グロー領域
6の拡大を意味する。グロー領域6が拡大すればプラズ
マ密度が増大し、プラズマ密度の増大は陰極シース中へ
のイオン流束の増大をもたらすので、グロー領域6の拡
大も効率的なプラズマ生成に寄与する。ここで、グロー
領域6が拡大すればプラズマ密度が増大する理由を説明
する。まず、グロー領域が拡大すると、グロー領域の体
積増大に対応してプラズマ生成がより増大する。一方、
グロー領域の拡大は、グロー領域の表面積の拡大を意味
し、それによりグロー領域表面における損失は増大す
る。しかし、グロー領域拡大による損失増大は、グロー
領域表面積の増大に対応するため、プラズマ生成の増大
よりも1次元低くなる。その結果、プラズマ生成の増大
によりプラズマ密度が向上すると考えられる。
Further, a decrease in the cathode sheath width means an increase in the glow region 6. As the glow region 6 expands, the plasma density increases, and the increase in the plasma density causes an increase in ion flux into the cathode sheath. Therefore, the expansion of the glow region 6 also contributes to efficient plasma generation. Here, the reason why the plasma density increases as the glow region 6 expands will be described. First, as the glow region expands, the plasma generation further increases in response to the increase in the volume of the glow region. on the other hand,
Increasing the glow region means increasing the surface area of the glow region, thereby increasing losses at the glow region surface. However, the increase in loss due to the expansion of the glow region corresponds to the increase in the surface area of the glow region, and thus is one-dimensionally lower than the increase in plasma generation. As a result, it is considered that the plasma density is improved by increasing the plasma generation.

【0019】このように本発明では高密度プラズマが生
成できるので、被処理体7に対して高速なプラズマ処理
が可能となる。すなわち、プラズマCVDにおける高速
な膜形成およびプラズマエッチングにおける高速エッチ
ングが実現する。また、本発明では、被処理体7の大面
積化にも容易に対応できる。処理面積拡大に際しては陰
極2を大面積化するが、本発明では、シース幅縮小部材
10の寸法を陰極2の大面積化に対応させて拡大するだ
けで、大面積基板を高速処理することが可能となる。
As described above, according to the present invention, high-density plasma can be generated, so that high-speed plasma processing can be performed on the processing target 7. That is, high-speed film formation in plasma CVD and high-speed etching in plasma etching are realized. Further, the present invention can easily cope with an increase in the area of the object 7 to be processed. When the processing area is increased, the area of the cathode 2 is increased. However, in the present invention, it is possible to process a large-area substrate at high speed only by enlarging the dimension of the sheath width reducing member 10 in accordance with the increase in the area of the cathode 2. It becomes possible.

【0020】また、プラズマCVDにより多結晶シリコ
ン膜を形成するためには、基板温度を比較的高くする必
要があるが、本発明を適用すれば、基板温度を比較的低
くしても多結晶シリコン膜が得られる。本発明では、陰
極シース中におけるγ電子の減速が小さいため、グロー
領域中に高速のγ電子が入射することになり、その結
果、H2ガスが原子状水素に解離しやすくなるので、多
結晶シリコンが生成しやすくなると考えられる。
In order to form a polycrystalline silicon film by plasma CVD, the substrate temperature must be relatively high. However, if the present invention is applied, the polycrystalline silicon film can be formed even when the substrate temperature is relatively low. A film is obtained. In the present invention, since the deceleration of the γ-electrons in the cathode sheath is small, high-speed γ-electrons enter the glow region, and as a result, the H 2 gas is easily dissociated into atomic hydrogen. It is considered that silicon is easily generated.

【0021】なお、シース幅縮小部材10を絶縁性材料
から構成した場合でも、陰極シースの幅を縮小すること
が可能である。陰極シース内に存在する粒子はほとんど
がイオンであり、電子の数は少ない。このような陰極シ
ース内に絶縁性部材を入れると、絶縁性部材の表面がプ
ラスにチャージアップする。そのため、陰極シース幅が
実質的に縮小したことになって前記電界強度(<E>)が
大きくなるので、WiおよびWeが共に増大する。
Incidentally, even when the sheath width reducing member 10 is made of an insulating material, the width of the cathode sheath can be reduced. Most of the particles present in the cathode sheath are ions, and the number of electrons is small. When an insulating member is placed in such a cathode sheath, the surface of the insulating member is positively charged. Therefore, since the electric field intensity becomes the cathode sheath width is substantially reduced (<E>) increases, W i and W e are increased together.

【0022】本発明では、陰極近傍にマグネトロン磁場
を発生させるマグネトロン磁場発生手段を設けるか、ま
たは、発生したプラズマを閉じ込めるためのカスプ磁場
発生手段を設けるか、これらの両者を設ける。
In the present invention, a magnetron magnetic field generating means for generating a magnetron magnetic field is provided near the cathode, or a cusp magnetic field generating means for confining the generated plasma is provided, or both of them are provided.

【0023】図1、図2および図3に示す装置には、陰
極2近傍に、マグネトロン磁場発生手段として磁石20
を設けている。プラズマ処理装置において処理速度を向
上させるためには、プラズマ密度を高くすることが有効
である。プラズマ密度を高くできる薄膜形成手段として
は、例えばマグネトロンスパッタ法が知られている。マ
グネトロンスパッタ法では、陰極として機能するターゲ
ット近傍において、直交する電場と磁場との作用により
電子がサイクロイド状の軌道を描く。その結果、電子が
プラズマガスとより多く衝突を繰り返し、高密度のプラ
ズマが生成される。そのため、ターゲットのスパッタ効
率が高くなって、高速な膜形成が可能となる。本発明者
らは、プラズマ処理装置において陰極2の裏面側(図中
左側)に磁石20を配置することにより平板マグネトロ
ン型電極を構成し、これを用いてプラズマCVD法によ
り薄膜形成を行った。その結果、薄膜形成速度が向上す
ることを確認できた。本発明では、マグネトロン磁場を
利用してプラズマ密度を向上させることにより、前記し
た陰極シース幅縮小による処理効率向上と相俟って、極
めて効率の高いプラズマ処理を行うことが可能である。
The apparatus shown in FIGS. 1, 2 and 3 has a magnet 20 near the cathode 2 as a magnetron magnetic field generating means.
Is provided. In order to increase the processing speed in a plasma processing apparatus, it is effective to increase the plasma density. As a thin film forming means capable of increasing the plasma density, for example, a magnetron sputtering method is known. In the magnetron sputtering method, electrons draw a cycloidal trajectory in the vicinity of a target functioning as a cathode by the action of orthogonal electric and magnetic fields. As a result, the electrons repeatedly collide with the plasma gas, and a high-density plasma is generated. Therefore, the sputtering efficiency of the target is increased, and a high-speed film can be formed. The present inventors constructed a flat magnetron type electrode by arranging a magnet 20 on the back surface side (left side in the figure) of the cathode 2 in the plasma processing apparatus, and formed a thin film by the plasma CVD method using this. As a result, it was confirmed that the thin film formation speed was improved. In the present invention, by increasing the plasma density by using the magnetron magnetic field, it is possible to perform extremely efficient plasma processing in combination with the above-described improvement in processing efficiency by reducing the cathode sheath width.

【0024】ただし、この場合、マグネトロンスパッタ
の際と同様に陰極2がスパッタされてしまい、その結
果、被処理体7上に形成される薄膜に陰極構成物質が混
入する。したがって、要求水準によっても異なるが、所
望の品質が得られないこともある。
However, in this case, the cathode 2 is sputtered as in the case of magnetron sputtering, and as a result, the cathode constituent material is mixed into the thin film formed on the processing target 7. Therefore, depending on the required level, the desired quality may not be obtained in some cases.

【0025】そこで、マグネトロン磁場の存在によって
生じる陰極2のスパッタを低減するために、陰極2の少
なくともプラズマに対向する表面を、イオンによってス
パッタされにくい材料(W、Ta等)から構成すること
が好ましい。
Therefore, in order to reduce the sputtering of the cathode 2 caused by the presence of the magnetron magnetic field, it is preferable that at least the surface of the cathode 2 facing the plasma is made of a material (W, Ta, etc.) which is hardly sputtered by ions. .

【0026】また、陰極シース電圧を減少させる手段を
設けることによっても、陰極2のスパッタを低減するこ
とが可能である。陰極シース電圧VSとは、図1に示さ
れるように、プラズマ電位VPから陰極電位VCを減じた
値である。平板マグネトロン型電極としたときに陰極2
がスパッタされやすいのは、高密度プラズマ中で生じた
多量のイオンが陰極シース電圧VSによって加速され、
陰極2に入射するためである。そこで、陰極シース電圧
Sを減少させれば、イオンによる陰極2のスパッタを
軽減できる。その結果、陰極2構成材料の被処理体7へ
の飛来量が少なくなる。
Also, by providing a means for reducing the cathode sheath voltage, it is possible to reduce the sputtering of the cathode 2. As shown in FIG. 1, the cathode sheath voltage V S is a value obtained by subtracting the cathode potential V C from the plasma potential V P. Cathode 2 when used as a flat magnetron type electrode
Is easily sputtered because a large amount of ions generated in the high-density plasma are accelerated by the cathode sheath voltage V S ,
This is because the light enters the cathode 2. Therefore, if reducing the cathode sheath voltage V S, it can be reduced sputtering of the cathode 2 by the ion. As a result, the amount of the constituent material of the cathode 2 flying to the processing target 7 is reduced.

【0027】なお、前述したように、プラズマ処理装置
では、プラズマ中のイオンが陰極シース電圧VSによっ
て加速されて陰極2に衝突し、γ作用により陰極2表面
から2次電子(γ電子)を放出させる。そして、放出さ
れたγ電子は、陰極シース電圧VSによって加速されて
グロー領域6中に大きなエネルギーをもって入射し、そ
のα作用によって気体分子を電離するので、放電が維持
される。そのため、陰極シース電圧VSを減少させる
と、γ電子の放出量およびそのエネルギーが小さくな
り、結果としてプラズマ処理速度を低下させる。しか
し、本発明者らの実験の結果、マグネトロン型電極の利
用によるプラズマ密度向上効果が、陰極シース電圧VS
低下によるマイナス効果を上回ることがわかった。すな
わち、マグネトロン磁場を利用することにより、膜形成
速度やエッチング速度は著しく向上する。
As described above, in the plasma processing apparatus, ions in the plasma are accelerated by the cathode sheath voltage V S and collide with the cathode 2, and secondary electrons (γ electrons) are generated from the surface of the cathode 2 by the γ action. Release. The emitted γ-electrons are accelerated by the cathode sheath voltage V S and enter the glow region 6 with a large energy and ionize gas molecules by the α action, so that the discharge is maintained. Therefore, when the cathode sheath voltage V S is reduced, the amount of emitted γ electrons and the energy thereof are reduced, and as a result, the plasma processing speed is reduced. However, as a result of the experiments of the present inventors, the effect of improving the plasma density by using the magnetron-type electrode is not improved by the cathode sheath voltage V S.
It was found to outweigh the negative effects of the decline. That is, by using the magnetron magnetic field, the film formation speed and the etching speed are remarkably improved.

【0028】イオンによってスパッタされにくい材料か
ら陰極2を構成した場合、または、プラズマシース電圧
Sを減少させる手段を設けた場合のいずれにおいて
も、プラズマCVDの際には、被処理体7上に不純物の
少ない高品質の薄膜を高速で形成することが可能とな
り、また、プラズマエッチングの際には、被処理体7を
高速でエッチングでき、しかも、エッチング対象面への
不純物付着を防ぐことが可能となる。なお、本発明で
は、陰極2を上記特定の材料から構成し、かつ、陰極シ
ース電圧VS減少手段を設けてもよい。
In either case where the cathode 2 is made of a material which is not easily sputtered by ions, or where a means for reducing the plasma sheath voltage V S is provided, the object to be processed 7 is placed on the object 7 during plasma CVD. It is possible to form a high-quality thin film with few impurities at a high speed, and at the time of plasma etching, it is possible to etch the object to be processed 7 at a high speed and to prevent the adhesion of impurities to a surface to be etched. Becomes In the present invention, the cathode 2 may be made of the above-described specific material, and a cathode sheath voltage V S reducing means may be provided.

【0029】一方、図8に示す装置には、プラズマを包
囲するように、カスプ磁場発生手段として磁石8を設け
ている。プラズマ処理を行なう際に、プラズマを所定空
間内に閉じ込めておくと、処理効率が向上することが知
られている。プラズマの閉じ込めには、例えば特開平6
−223997号公報に記載されているようにカスプ磁
場が利用できることが知られている。本発明では、カス
プ磁場によってプラズマ閉じ込めを行うことにより、前
記した陰極シース幅縮小による処理効率向上と相俟っ
て、極めて効率の高いプラズマ処理を行うことが可能で
ある。
On the other hand, the apparatus shown in FIG. 8 is provided with a magnet 8 as cusp magnetic field generating means so as to surround the plasma. It is known that when plasma processing is performed, if plasma is confined in a predetermined space, processing efficiency is improved. For confinement of plasma, for example,
It is known that a cusp magnetic field can be used as described in JP-A-223997. In the present invention, by performing plasma confinement using a cusp magnetic field, it is possible to perform extremely high-efficiency plasma processing in combination with the above-described improvement in processing efficiency due to the reduction in the width of the cathode sheath.

【0030】本発明では、マグネトロン磁場とカスプ磁
場とを併用してもよく、その場合、さらに効率の高いプ
ラズマ処理が可能となる。
In the present invention, a magnetron magnetic field and a cusp magnetic field may be used in combination. In this case, more efficient plasma processing can be performed.

【0031】[0031]

【発明の実施の形態】本発明のプラズマ処理装置の主要
部断面図を図1、図2および図3に、また、従来のプラ
ズマ処理装置の主要部断面図を図12に、それぞれ示
す。図1、図2および図3にそれぞれ示すプラズマ処理
装置は、図12に示す装置の陰極シース中にシース幅縮
小部材10と、前記したマグネトロン磁場発生手段とし
ての磁石20を設けたものである。シース幅縮小部材1
0を設けることにより陰極シース幅が縮小する。陰極シ
ースは、陰極暗部とも呼ばれ、陰極2前面(グロー領域
6に対向する面)に鞘(シース)状に存在する。陰極シ
ースの存在は、肉眼で確認できる。したがって、シース
幅縮小部材10を、それを設けないときには陰極シース
であった領域内に設けることは容易である。したがっ
て、本発明を実施するに際して陰極シース幅を数値的に
求める必要はない。ただし、通常、陰極シース幅は、
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIGS. 1, 2 and 3 are cross-sectional views of main parts of a plasma processing apparatus according to the present invention, and FIG. 12 is a cross-sectional view of main parts of a conventional plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus shown in each of FIGS. 1, 2 and 3 is provided with a sheath width reducing member 10 and a magnet 20 as a magnetron magnetic field generating means in the cathode sheath of the apparatus shown in FIG. Sheath width reducing member 1
By providing 0, the cathode sheath width is reduced. The cathode sheath is also called a cathode dark part, and exists in a sheath shape on the front surface of the cathode 2 (the surface facing the glow region 6). The presence of the cathode sheath can be confirmed with the naked eye. Therefore, it is easy to provide the sheath width reducing member 10 in the region that was the cathode sheath when not provided. Therefore, it is not necessary to numerically determine the cathode sheath width when implementing the present invention. However, usually, the cathode sheath width is

【0032】[0032]

【数1】 (Equation 1)

【0033】で表されるので、シース幅縮小部材10を
配置する位置を上記式に基づいて決定してもよい。な
お、上記式において、 δ:陰極シース幅、 Vs:陰極シース電圧(VP−VC≒高周波電圧)、 μi:イオン移動度、 Cs:イオン音速、 nse:プラズマ密度、 e:素電荷、 ε0:真空中の誘電率 である。また、上記式は、電子−中性粒子間およびイオ
ン−中性粒子間の衝突が頻繁に生じる衝突シースを表す
式である。
The position where the sheath width reducing member 10 is arranged may be determined based on the above equation. In the above formula, [delta]: cathode sheath width, V s: the cathode sheath voltage (V P -V C ≒ RF voltage), mu i: ion mobility, C s: ion sound speed, n se: plasma density, e: Elementary charge, ε 0 : dielectric constant in vacuum. The above equation is an equation representing a collision sheath in which collisions between electron-neutral particles and between ion-neutral particles frequently occur.

【0034】本発明で用いるシース幅縮小部材10は、
複数の貫通孔11を有する板状体である。図4に、シー
ス幅縮小部材の構成例を示す。図示するように、貫通孔
の形状は、円形であってもよく、四角形や六角形などの
多角形であってもよい。具体的には、図4(A)に示す
ように板状体にパンチングにより円形または多角形の貫
通孔を形成したもの、図4(B)に示すような複数の線
状体を平行に並べたもの、図4(C)に示すような複数
の線状体を格子状に編んだメッシュ体、図4(D)に示
すように、長い線状体に複数の短い線状体を互いに平行
に取り付けて樹枝状体とし、これを複数並べたもの、図
4(E)に示すようなハニカム状成形体、などのいずれ
であってもよい。これらは、いずれも開口率を高くする
ことができ、しかもその場合でも十分な機械的強度が得
られる。
The sheath width reducing member 10 used in the present invention comprises:
It is a plate-like body having a plurality of through holes 11. FIG. 4 shows a configuration example of the sheath width reducing member. As shown in the figure, the shape of the through-hole may be circular or polygonal such as square or hexagonal. Specifically, a circular or polygonal through hole is formed in a plate-like body by punching as shown in FIG. 4 (A), and a plurality of linear bodies as shown in FIG. 4 (B) are arranged in parallel. 4C, a mesh formed by knitting a plurality of linear bodies in a lattice shape, and as shown in FIG. 4D, a plurality of short linear bodies are parallel to a long linear body. To form a dendritic body, and a plurality of such dendrites may be arranged, or a honeycomb-shaped formed body as shown in FIG. 4E may be used. All of these can increase the aperture ratio, and even in that case, sufficient mechanical strength can be obtained.

【0035】シース幅縮小部材10の構成材料は特に限
定されないが、導電性材料から構成することによりシー
ス幅縮小部材の電位制御が容易となる。導電性材料とし
ては、金属(合金を含む)が好ましい。金属としては、
例えばAl、Cr、Ni、Wまたはこれらの少なくとも
1種を含む合金、例えばステンレスが好ましい。なお、
シース幅縮小部材の全体を導電性材料から構成する必要
はなく、例えばセラミックスやガラスからなる絶縁性基
材の表面に導電性材料の薄膜を形成した構造としてもよ
い。また、シース幅縮小部材10を絶縁性材料から構成
する場合、例えばセラミックスやガラスなどを用いれば
よい。本発明では、マグネトロン磁場発生用磁石および
/またはカスプ磁場発生用磁石を設けるので、シース幅
縮小部材10は非磁性材料から構成する必要がある。
The constituent material of the sheath width reducing member 10 is not particularly limited. However, by using a conductive material, the potential control of the sheath width reducing member becomes easy. As the conductive material, a metal (including an alloy) is preferable. As metal,
For example, Al, Cr, Ni, W or an alloy containing at least one of these, for example, stainless steel is preferable. In addition,
The entire sheath width reducing member does not need to be made of a conductive material, and may have a structure in which a thin film of a conductive material is formed on the surface of an insulating base made of, for example, ceramics or glass. When the sheath width reducing member 10 is made of an insulating material, for example, ceramics or glass may be used. In the present invention, since the magnet for generating the magnetron magnetic field and / or the magnet for generating the cusp magnetic field are provided, the sheath width reducing member 10 needs to be made of a non-magnetic material.

【0036】シース幅縮小部材10の開口率が高いほど
γ電子の利用効率が高くなる。したがって、開口率は機
械的強度の著しい低下を招かない範囲で高くすることが
好ましく、具体的には、好ましくは60%以上、より好
ましくは80%以上とする。十分な機械的強度を確保で
きる開口率の上限は、シース幅縮小部材の構成材料や貫
通孔の形状などによって異なるが、通常、98%程度で
ある。
The higher the aperture ratio of the sheath width reducing member 10, the higher the utilization efficiency of γ electrons. Therefore, it is preferable to increase the aperture ratio within a range that does not cause a significant decrease in mechanical strength. Specifically, the aperture ratio is preferably 60% or more, more preferably 80% or more. The upper limit of the aperture ratio at which sufficient mechanical strength can be ensured varies depending on the constituent material of the sheath width reducing member, the shape of the through hole, and the like, but is usually about 98%.

【0037】貫通孔11の短径は、デバイ長の好ましく
は10倍以下、より好ましくは5倍以下である。貫通孔
11の短径が大きすぎると、静電遮蔽が不十分となるの
で、陰極シース幅を縮小する効果が不十分となる。一
方、貫通孔11の短径が小さいほど開口率を大きくしに
くくなるので、前記短径は、通常、デバイ長以上とする
ことが好ましい。なお、例えば多数の線状体を平行に並
べてストライプ状のシース幅縮小部材としても問題ない
ことからわかるように、貫通孔の長径は特に限定されな
い。
The minor diameter of the through hole 11 is preferably 10 times or less, more preferably 5 times or less the Debye length. If the short diameter of the through-hole 11 is too large, the electrostatic shielding becomes insufficient, so that the effect of reducing the cathode sheath width becomes insufficient. On the other hand, the smaller the shorter diameter of the through-hole 11, the more difficult it is to increase the aperture ratio. Note that the major axis of the through-hole is not particularly limited, as can be seen from the fact that, for example, a large number of linear bodies are arranged in parallel to form a striped sheath width reducing member.

【0038】本明細書において貫通孔11の短径とは、
貫通孔が円形である場合にはその直径であり、正多角形
である場合にはその最小径であり、長方形等の多角形や
長円形である場合にはその短径である。なお、複数の線
状体を平行に並べてシース幅縮小部材を構成した場合、
前記短径は平行な線状体間の距離である。
In this specification, the minor axis of the through hole 11 is defined as
When the through-hole is circular, it has its diameter, when it is a regular polygon, it has its minimum diameter, and when it is a polygon such as a rectangle or an oval, it has its minor diameter. When a plurality of linear members are arranged in parallel to constitute a sheath width reducing member,
The minor axis is the distance between parallel linear bodies.

【0039】シース幅縮小部材において、貫通孔はすべ
て同一の寸法としてもよく、異なる寸法の貫通孔が混在
していてもよい。例えば、開口率を高くするために、大
小の貫通孔を混在させる構成としてもよい。
In the sheath width reducing member, all the through holes may have the same size, or through holes of different sizes may be mixed. For example, a configuration in which large and small through holes are mixed to increase the aperture ratio may be adopted.

【0040】本発明において縮小された陰極シースの幅
は、シース幅縮小部材10の陰極2に対向する側の主面
と陰極2との距離にほぼ等しい。したがって、シース幅
縮小部材10を陰極2に近づけるほど陰極シース幅を小
さくでき、その結果、プラズマ生成効率が高くなる。た
だし、導電性材料から構成されるシース幅縮小部材10
と陰極2との距離が近すぎると、両者によって構成され
るコンデンサの容量が大きくなり、その結果、損失が大
きくなってしまう。したがって、両者間の距離は、この
ような問題が生じないように決定する。
In the present invention, the reduced width of the cathode sheath is substantially equal to the distance between the cathode 2 and the main surface of the sheath width reducing member 10 on the side facing the cathode 2. Therefore, as the sheath width reducing member 10 is brought closer to the cathode 2, the cathode sheath width can be reduced, and as a result, the plasma generation efficiency increases. However, the sheath width reducing member 10 made of a conductive material
If the distance between the capacitor and the cathode 2 is too short, the capacity of the capacitor formed by the two becomes large, and as a result, the loss increases. Therefore, the distance between the two is determined so that such a problem does not occur.

【0041】シース幅縮小部材10の厚さ、すなわち陰
極2とグロー領域6とを結ぶ方向の寸法は、特に限定さ
れない。シース幅縮小部材10の陽極3に対向する主面
側までグロー領域6が拡大されるので、シース幅縮小部
材10を薄くしてもその機能に問題は生じない。一方、
シース幅縮小部材10を厚くしていくと、グロー領域6
の寸法が小さくなってしまう。したがって、シース幅縮
小部材10の厚さは、シース幅縮小部材10のグロー領
域6側の主面が、シース幅縮小部材10を設けないとき
の陰極シース端よりも陰極2側に存在するように決定す
ることが好ましい。
The thickness of the sheath width reducing member 10, that is, the dimension in the direction connecting the cathode 2 and the glow region 6 is not particularly limited. Since the glow region 6 is expanded to the main surface side of the sheath width reducing member 10 facing the anode 3, even if the sheath width reducing member 10 is made thinner, there is no problem in its function. on the other hand,
As the sheath width reducing member 10 is made thicker, the glow region 6 becomes larger.
Will be reduced in size. Therefore, the thickness of the sheath width reducing member 10 is set such that the main surface of the sheath width reducing member 10 on the glow region 6 side is closer to the cathode 2 than the cathode sheath end when the sheath width reducing member 10 is not provided. It is preferable to determine.

【0042】シース幅縮小部材10に加える直流バイア
ス電圧VBは、図12におけるプラズマ電位VPより高い
ことが好ましい。VBが図12におけるVPより高けれ
ば、陰極−陽極間の電位分布は図2に示されるものとな
る。すなわち、シース幅縮小部材が最大損失面として機
能するので、プラズマ電位VPが直流バイアス電圧VB
決定されることになり、その結果、被処理体の種類、寸
法、構造等による陽極電位の変化の影響を受けにくくな
る。そのため、プラズマを安定した状態に保持すること
が可能となるので、良質なCVD膜を安定して形成する
ことができる。
The DC bias voltage V B applied to the sheath width reduction member 10 is preferably higher than the plasma potential V P in FIG. If the V B higher than V P in FIG. 12, the cathode - the potential distribution between the anode becomes that shown in Figure 2. That is, since the sheath narrowing member functions as a maximum loss surface, will be the plasma potential V P is determined by the DC bias voltage V B, as a result, the type of the object, dimensions, the anode potential due to the structure, etc. Be less susceptible to change. Therefore, the plasma can be maintained in a stable state, and a high-quality CVD film can be stably formed.

【0043】また、VBが図12におけるVPと同じであ
れば、すなわち、陰極−陽極間の電位分布が図1に示さ
れるものであれば、陽極電位が変動してもVPはVBと同
じに保たれる。そのため、やはり、プラズマ電位VP
直流バイアス電圧VBで決定されることになり、その結
果、プラズマの状態が陽極電位の変化の影響を受けにく
くなる。
If V B is the same as V P in FIG. 12, that is, if the potential distribution between the cathode and the anode is as shown in FIG. 1, V P remains at V even if the anode potential fluctuates. B is kept the same. Therefore, again, will be the plasma potential V P is determined by the DC bias voltage V B, as a result, the plasma state is hardly influenced by the change in the anode potential.

【0044】次に、マグネトロン磁場発生手段について
説明する。図1、図2および図3に示す装置では、マグ
ネトロン磁場発生手段として、陰極2の裏面側(図中左
側)に磁石20を配置してある。この磁石20の構造を
図9に示す。図9は、図1に示す装置において、陽極3
側から陰極2側を見たときの断面図である。ただし、陰
極2は取り去ってあり、また、装置主要部を収容する真
空槽100を表示してある。図9に示すように、磁石2
0は、通常のマグネトロンスパッタ装置と同様に、中心
磁石20Aと、これを包囲する環状の外周磁石20Bと
から構成されている。ただし、中心磁石20Aは、その
中央から真空槽100内に原料ガス等の処理ガスを導入
するために、環状構造にしてある。
Next, the magnetron magnetic field generating means will be described. In the apparatus shown in FIGS. 1, 2 and 3, a magnet 20 is disposed on the back side (left side in the figure) of the cathode 2 as a magnetron magnetic field generating means. FIG. 9 shows the structure of the magnet 20. FIG. 9 shows the device shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view when the cathode 2 side is viewed from the side. However, the cathode 2 has been removed, and the vacuum chamber 100 accommodating the main part of the apparatus is shown. As shown in FIG.
Numeral 0 is composed of a center magnet 20A and an annular outer peripheral magnet 20B surrounding the center magnet 20A, similarly to a normal magnetron sputtering apparatus. However, the center magnet 20A has an annular structure in order to introduce a processing gas such as a source gas into the vacuum chamber 100 from the center thereof.

【0045】マグネトロン磁場発生用磁石20の構成は
図示例に限定されず、プラズマ生成空間内に所望の強度
および形状の磁場が形成できるように、その寸法や強さ
を適宜決定すればよい。
The configuration of the magnetron magnetic field generating magnet 20 is not limited to the illustrated example, and its size and strength may be appropriately determined so that a magnetic field having a desired strength and shape can be formed in the plasma generation space.

【0046】前述したように、本発明においてマグネト
ロン磁場発生手段を設ける場合、陰極2を、イオンによ
ってスパッタされにくい材料から構成することが好まし
い。通常のプラズマ処理装置における陰極構成材料とし
ては、加工性が良好であること、装置内をクリーニング
する際にクリーニングガスとして用いるNF3に対する
反応性が低いこと、などからAlを用いることが多い。
しかし、Alからなる陰極は比較的スパッタされやす
い。これに対し本発明の好ましい態様では、陰極2を、
W、Ta、Mo、TiおよびZrの少なくとも1種を含
有する金属または合金から構成し、好ましくは、W、T
a、Mo、TiおよびZrの少なくとも1種からなる金
属または合金から構成し、より好ましくはW、Ta、M
o、TiおよびZrのいずれかから構成する。これによ
り、陰極のスパッタ量を著しく減少させることができ
る。
As described above, when the magnetron magnetic field generating means is provided in the present invention, it is preferable that the cathode 2 is made of a material which is not easily sputtered by ions. Al is often used as a cathode constituent material in a normal plasma processing apparatus because of its good workability and low reactivity to NF 3 used as a cleaning gas when cleaning the inside of the apparatus.
However, a cathode made of Al is relatively easily sputtered. On the other hand, in a preferred embodiment of the present invention, the cathode 2 is
It is made of a metal or an alloy containing at least one of W, Ta, Mo, Ti and Zr, and preferably, W, T
a, Mo, a metal or an alloy composed of at least one of Ti and Zr, more preferably W, Ta, M
It is composed of any of o, Ti and Zr. As a result, the amount of cathode sputtering can be significantly reduced.

【0047】なお、上記したW等のスパッタされにくい
材料を用いる場合、少なくとも、陰極のプラズマに対向
する表面を上記材料から構成すればよい。すなわち、陰
極全体をこれらの材料から構成してもよく、プラズマに
対向する表面付近だけを上記材料から構成してもよい。
後者の場合、スパッタされにくい材料は、陰極のプラズ
マに対向する表面から3μm以上の厚さにわたって存在
することが好ましい。
When a material which is hard to be sputtered, such as W, is used, at least the surface of the cathode facing the plasma may be made of the above material. That is, the entire cathode may be made of these materials, or only the vicinity of the surface facing the plasma may be made of the above materials.
In the latter case, it is preferable that the material that is difficult to be sputtered exists over a thickness of 3 μm or more from the surface of the cathode facing the plasma.

【0048】陰極2を上記特定の材料から構成すること
は、原料ガスないし動作ガスとして少なくともH2を使
用する場合に特に有効であり、H2を含有するガスをプ
ラズマ化したときの陰極のスパッタ量は著しく低減され
る。H2を含有するガスは、例えばアモルファスシリコ
ンからなる薄膜をプラズマCVD法により形成する際に
利用される。
Constituting the cathode 2 from the above-mentioned specific material is particularly effective when at least H 2 is used as a raw material gas or an operating gas. Sputtering of the cathode when the gas containing H 2 is turned into plasma is used. The amount is significantly reduced. The gas containing H 2 is used, for example, when a thin film made of amorphous silicon is formed by a plasma CVD method.

【0049】また、前述したように、陰極シース電圧V
Sを減少させることによっても、イオンによる陰極2の
スパッタを軽減することができる。陰極シース電圧を減
少させる手段としては、以下に説明する3つの態様が好
ましい。
As described above, the cathode sheath voltage V
Also by reducing S , the sputtering of the cathode 2 by ions can be reduced. As means for reducing the cathode sheath voltage, the following three embodiments are preferable.

【0050】第1の態様では、高周波電源の周波数にお
いて高いインピーダンスを示す高域遮断フィルタを設
け、このフィルタの一端を前記高周波電源と並列に陰極
に接続し、前記フィルタの他端を接地することにより、
陰極シース電圧を減少させる。
In the first embodiment, a high-frequency cutoff filter having a high impedance at the frequency of the high-frequency power supply is provided, one end of the filter is connected to the cathode in parallel with the high-frequency power supply, and the other end of the filter is grounded. By
Reduce cathode sheath voltage.

【0051】図5(A)に、第1の態様のプラズマ処理
装置の主要部断面図と、この処理装置内における電位分
布とを示す。図5(A)に示す装置は、図1に示す装置
に陰極シース電圧減少手段を設けたものである。この装
置では、陰極2はその裏面側に磁石20が配置され、平
板マグネトロン型電極となっている。また、陰極2に
は、高周波電源5と並列にコイル21の一端が接続さ
れ、コイル21の他端は接地されている。そのほかの構
成は、図12に示す従来の装置と同様である。図5
(A)においてコイル21は、高周波電源5が発生する
電力の周波数において高いインピーダンスを示すが、直
流に対しては実質的に抵抗とならない高域遮断フィルタ
である。そのため、図5(A)の電位分布グラフに示さ
れるように陰極電位VCはほぼゼロとなり、陰極シース
電圧VSはプラズマ電位VPと実質的に等しくなる。その
結果、高密度プラズマ中の多量のイオンが陰極2にほと
んど到達しなくなり、陰極2のスパッタはほとんど生じ
なくなる。
FIG. 5A shows a cross-sectional view of a main part of the plasma processing apparatus according to the first embodiment and a potential distribution in the processing apparatus. The device shown in FIG. 5A is obtained by adding a cathode sheath voltage reducing means to the device shown in FIG. In this device, the cathode 2 has a magnet 20 disposed on the back surface side, and is a flat magnetron type electrode. Further, one end of a coil 21 is connected to the cathode 2 in parallel with the high-frequency power supply 5, and the other end of the coil 21 is grounded. Other configurations are the same as those of the conventional device shown in FIG. FIG.
In (A), the coil 21 is a high-frequency cutoff filter that exhibits high impedance at the frequency of the power generated by the high-frequency power supply 5 but does not substantially become a resistance to DC. Therefore, as shown in the potential distribution graph of FIG. 5A, the cathode potential V C becomes substantially zero, and the cathode sheath voltage V S becomes substantially equal to the plasma potential V P. As a result, a large amount of ions in the high-density plasma hardly reach the cathode 2 and sputtering of the cathode 2 hardly occurs.

【0052】図5(A)では、高域遮断フィルタとして
コイル21を用いているが、高周波電源5の周波数と共
振周波数が一致する共振回路を、高域遮断フィルタとし
て用いることもできる。
In FIG. 5A, the coil 21 is used as a high-frequency cutoff filter. However, a resonance circuit whose resonance frequency matches the frequency of the high-frequency power supply 5 can be used as the high-frequency cutoff filter.

【0053】図5(A)に示す処理装置において、プラ
ズマ生成時の電気的構成を高周波電源5側から見ると、
図5(B)に示すように、陰極−陽極間の放電時のイン
ピーダンスZPと、コイル21のインピーダンスZC
が、並列に接続されたものとなる。コイル21を設けた
ことによる投入電力の損失を小さく抑えるためには、Z
Pに対しZCが比較的大きければよく、具体的には、ZC
/ZP≧10であることが好ましく、ZC/ZP≧20で
あることがより好ましい。
In the processing apparatus shown in FIG.
Looking at the electrical configuration at the time of generating the zuma from the high-frequency power supply 5 side,
As shown in FIG.
Peedance ZPAnd the impedance Z of the coil 21CWhen
Are connected in parallel. Provided coil 21
In order to minimize the loss of input power due to
PFor ZCShould be relatively large, specifically, ZC
/ ZP≧ 10, ZC/ ZP≧ 20
More preferably, there is.

【0054】次に、第2の態様について説明する。第2
の態様では、前記高域遮断フィルタと、この高域遮断フ
ィルタに直列に接続された抵抗器とを含む電位制御手段
を設け、前記電位制御手段を前記高周波電源と並列に陰
極に接続することにより、陰極シース電圧を減少させ
る。
Next, the second embodiment will be described. Second
In the aspect, by providing a potential control means including the high-frequency cutoff filter and a resistor connected in series to the high-frequency cutoff filter, by connecting the potential control means to the cathode in parallel with the high-frequency power supply And reduce the cathode sheath voltage.

【0055】図6に、第2の態様のプラズマ処理装置の
主要部断面図と、この処理装置内における電位分布とを
示す。この装置は、図5(A)に示す処理装置におい
て、コイル21と直列に可変抵抗器22を接続したもの
である。コイル21と可変抵抗器22とが、前記電位制
御手段を構成する。すなわち、電位制御手段の一端は高
周波電源5と並列に陰極2に接続され、電位制御手段の
他端は接地されている。図6に示す構成では、陰極2が
可変抵抗器22を介して接地されているため、図12に
示す従来の装置に比べ陰極電位VCが高くなる。そのた
め、従来の比べ陰極シース電圧VSが低くなり、陰極の
スパッタが軽減される。また、図6では、可変抵抗器2
2による電圧降下が存在するので、陰極電位VCは図5
(A)に示す構成よりも低くなる。そのため、陰極シー
ス電圧VS減少量を小さくできるので、VS減少に伴うプ
ラズマ密度低下を低く抑えることができる。
FIG. 6 shows a sectional view of a main part of a plasma processing apparatus according to the second embodiment and a potential distribution in the processing apparatus. This device has a configuration in which a variable resistor 22 is connected in series with a coil 21 in the processing device shown in FIG. The coil 21 and the variable resistor 22 constitute the potential control means. That is, one end of the potential control means is connected to the cathode 2 in parallel with the high frequency power supply 5, and the other end of the potential control means is grounded. In the configuration shown in FIG. 6, because the cathode 2 is grounded through a variable resistor 22, the cathode potential V C is higher than in the conventional apparatus shown in FIG. 12. Therefore, conventional compared cathode sheath voltage V S is low, the sputtering of the cathode is reduced. In FIG. 6, the variable resistor 2
2, there is a voltage drop due to the cathode potential V C of FIG.
It is lower than the configuration shown in FIG. As a result, the amount of decrease in the cathode sheath voltage V S can be reduced, so that a decrease in plasma density due to the decrease in V S can be suppressed.

【0056】次に、第3の態様について説明する。第3
の態様では、前記高域遮断フィルタと、この高域遮断フ
ィルタに直列に接続された直流電源とを含む電位制御手
段を設け、前記電位制御手段を前記高周波電源と並列に
陰極に接続することにより、陰極シース電圧を減少させ
る。
Next, a third embodiment will be described. Third
In the aspect, by providing a potential control means including the high-frequency cutoff filter and a DC power supply connected in series to the high-frequency cutoff filter, by connecting the potential control means to the cathode in parallel with the high-frequency power supply And reduce the cathode sheath voltage.

【0057】図7に、第3の態様のプラズマ処理装置の
主要部断面図と、この処理装置内における電位分布とを
示す。この装置は、図5(A)に示す処理装置におい
て、コイル21と直列に直流電源23を接続したもので
ある。コイル21と直流電源23とが、前記電位制御手
段を構成する。すなわち、電位制御手段の一端は高周波
電源5と並列に陰極2に接続され、電位制御手段の他端
は接地されている。図7に示す構成では、直流電源23
によって陰極電位VCを制御することにより、陰極シー
ス電圧VSを低下させる。そのため、従来の比べ陰極シ
ース電圧VSが低くなり、陰極のスパッタが軽減され
る。また、図5(A)に比べ陰極シース電圧V Sを高く
することができるため、VS低下に伴うプラズマ密度低
下を低く抑えることができる。
FIG. 7 shows a plasma processing apparatus according to the third embodiment.
The sectional view of the main part and the potential distribution in this processing device
Show. This apparatus is similar to the processing apparatus shown in FIG.
And a DC power supply 23 connected in series with the coil 21.
is there. The coil 21 and the DC power supply 23
Make up the steps. That is, one end of the potential control means
The other end of the potential control means is connected to the cathode 2 in parallel with the power supply 5.
Is grounded. In the configuration shown in FIG.
By the cathode potential VCBy controlling the cathode
Voltage VSLower. Therefore, compared to the conventional cathode cathode
Source voltage VSAnd cathode spatter is reduced.
You. Also, as compared with FIG. SHigher
VSLow plasma density due to decrease
The bottom can be kept low.

【0058】第2の態様および第3の態様において陰極
シース電圧VSの減少量は、プラズマ処理の際の具体的
条件に応じて適宜決定すればよい。すなわち、陰極のス
パッタされやすさは、陰極シース電圧VSのほかに、主
に、処理装置内に導入するガス種および陰極構成材料に
依存し、また、被処理体7に混入する陰極構成材料の許
容量も、処理の種類や処理対象によって異なるため、こ
れら各種条件に応じて、陰極シース電圧VSの減少量を
制御すればよい。
In the second and third embodiments, the amount of decrease in the cathode sheath voltage V S may be determined appropriately according to specific conditions during the plasma processing. That is, the ease with which the cathode is sputtered depends not only on the cathode sheath voltage V S but also on the gas species and the cathode constituent material introduced into the processing apparatus. allowable amount, because it varies by treatment type and processed, in accordance with these various conditions may be controlled to decrease the cathode sheath voltage V S.

【0059】前述したように本発明では、陰極2をW、
Ta等の上記特定の材料から構成し、かつ、陰極シース
電圧VS減少手段を設けてもよい。第2の態様および第
3の態様において、W、Ta等のスパッタされにくい材
料から陰極を構成すれば、陰極スパッタ量を増大させず
に陰極シース電圧VSの減少量をより小さくできるの
で、陰極シース電圧VSの減少がプラズマ処理速度に与
える影響を小さくすることが可能である。
As described above, in the present invention, the cathode 2 is set to W,
It consists of the specific materials such as Ta, and may be provided with a cathode sheath voltage V S reducing means. In a second aspect and the third aspect of the, W, if constituting the cathode from the sputtered hard material such as Ta, it is possible to further reduce the amount of decrease in the cathode sheath voltage V S without increasing the cathode sputtering amount, cathode It is possible to reduce the influence of the decrease in the sheath voltage V S on the plasma processing speed.

【0060】次に、カスプ磁場発生手段について説明す
る。図8に示す装置では、グロー領域6を含むプラズマ
生成領域を包囲するように、カスプ磁場発生手段として
の磁石8が設けられている。この磁石8の構造を図10
に示す。図10は、図1に示す装置において、陽極3側
から陰極2側を見たときの断面図である。ただし、端面
だけを示してあり、奥行き方向の表示は省略してある。
また、装置主要部を収容する真空槽100を表示してあ
る。図10では、8本の磁石8が、真空槽100の内周
側面近傍に、周方向に並ぶように等間隔で配置されてい
る。図10に示すように磁石8は、互いに異極が隣り合
うように配置される。このように配置された磁石8によ
りプラズマが閉じ込められるので、壁面損失を低減する
ことができ、プラズマ処理効率が向上する。
Next, the cusp magnetic field generating means will be described. In the apparatus shown in FIG. 8, a magnet 8 is provided as a cusp magnetic field generating means so as to surround a plasma generation region including a glow region 6. The structure of this magnet 8 is shown in FIG.
Shown in FIG. 10 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG. 1 when the cathode 2 side is viewed from the anode 3 side. However, only the end face is shown, and the display in the depth direction is omitted.
Further, a vacuum chamber 100 accommodating the main part of the apparatus is shown. In FIG. 10, eight magnets 8 are arranged at equal intervals near the inner peripheral side surface of the vacuum chamber 100 so as to be arranged in the circumferential direction. As shown in FIG. 10, the magnets 8 are arranged so that different poles are adjacent to each other. Since the plasma is confined by the magnets 8 arranged as described above, wall loss can be reduced, and the plasma processing efficiency is improved.

【0061】カスプ磁場発生用磁石8の構成は図示例に
限定されない。例えば、磁石8の数は、好ましくは4〜
256の範囲内で適宜決定すればよい。真空槽100内
における磁場強度は、プラズマが十分に閉じ込められる
ように適宜設定すればよい。また、カスプ磁場発生用の
磁石8を真空槽100の外側に設けてもよい。ただし、
図10に示すように磁石8を真空槽100内に設け、か
つ、磁石8を陽極として機能させれば、陽極3および被
処理体7がプラズマに与える影響が小さくなるので、被
処理体7を配置する位置を比較的自由に選択できるよう
になる。
The configuration of the cusp magnetic field generating magnet 8 is not limited to the illustrated example. For example, the number of magnets 8 is preferably 4 to
It may be determined appropriately within the range of 256. The magnetic field strength in the vacuum chamber 100 may be set appropriately so that the plasma is sufficiently confined. Further, the magnet 8 for generating the cusp magnetic field may be provided outside the vacuum chamber 100. However,
As shown in FIG. 10, if the magnet 8 is provided in the vacuum chamber 100 and the magnet 8 functions as an anode, the influence of the anode 3 and the object 7 on plasma is reduced. It is possible to relatively freely select the position to be arranged.

【0062】本発明のプラズマ処理装置において、シー
ス幅縮小部材10、マグネトロン磁場発生手段およびカ
スプ磁場発生手段を除く構成は特に限定されず、従来の
プラズマ処理装置と同様であってよい。
In the plasma processing apparatus of the present invention, the configuration excluding the sheath width reducing member 10, the magnetron magnetic field generating means and the cusp magnetic field generating means is not particularly limited, and may be the same as the conventional plasma processing apparatus.

【0063】本発明のプラズマ処理装置の具体的な構成
例を、図11に示す。図11は、図1に示す主要部に、
陰極2、陽極3およびシース幅縮小部材10を収容する
真空槽100を追加したものである。
FIG. 11 shows a specific configuration example of the plasma processing apparatus of the present invention. FIG. 11 shows the main parts shown in FIG.
A vacuum chamber 100 accommodating the cathode 2, the anode 3, and the sheath width reducing member 10 is added.

【0064】陽極3の表面には、長尺の可撓性フィルム
からなる被処理体7が巻回された状態で保持されてお
り、連続的なプラズマ処理が可能となっている。
An object 7 made of a long flexible film is held on the surface of the anode 3 in a wound state, and continuous plasma processing is possible.

【0065】真空槽100には、排気路101および原
料ガス導入路102が設けられている。プラズマCVD
を行なうに際しては、図示しない油回転ポンプやターボ
分子ポンプ等に接続されている排気路101から真空槽
内100の気体を排気して槽内を10-4〜10-5Pa程度
の高真空とし、これを維持する。次いで、原料ガス導入
路102から真空槽100内に原料ガスを導入する。原
料ガス導入路102への原料ガスの供給は、図示しない
マスフローコントローラにより調整され、複数のマスフ
ローコントローラを設けることにより、2種以上のガス
を混合して原料ガスとすることができる。
The vacuum chamber 100 is provided with an exhaust path 101 and a source gas introduction path 102. Plasma CVD
Is performed, the gas in the vacuum chamber 100 is evacuated from an exhaust path 101 connected to an oil rotary pump, a turbo molecular pump, or the like (not shown) to make the inside of the chamber a high vacuum of about 10 -4 to 10 -5 Pa. Keep this up. Next, the source gas is introduced into the vacuum chamber 100 from the source gas introduction path 102. The supply of the source gas to the source gas introduction path 102 is adjusted by a mass flow controller (not shown). By providing a plurality of mass flow controllers, two or more types of gases can be mixed and used as a source gas.

【0066】プラズマCVD中の真空槽100内の圧力
は、好ましくは700Pa以下、より好ましくは5〜20
0Paである。圧力が低すぎるとプラズマ密度を高くする
ことが困難となり、プラズマ処理の効率が低くなってし
まう。一方、圧力が高すぎると、高次のラジカルの発生
が無視できなくなり、良質なCVD膜を得ることが難し
くなる。
The pressure in the vacuum chamber 100 during plasma CVD is preferably 700 Pa or less, more preferably 5 to 20 Pa.
0 Pa. If the pressure is too low, it becomes difficult to increase the plasma density, and the efficiency of the plasma processing is reduced. On the other hand, if the pressure is too high, the generation of higher-order radicals cannot be ignored and it is difficult to obtain a high-quality CVD film.

【0067】プラズマエッチング中の真空槽100内の
圧力は、好ましくは400Pa以下、より好ましくは5〜
200Paである。圧力が低すぎるとプラズマ密度を高く
することが困難となり、プラズマ処理の効率が低くなっ
てしまう。一方、圧力が高すぎると、多原子分子の生成
によりエッチング効率が低下しやすくなる。
The pressure in the vacuum chamber 100 during the plasma etching is preferably 400 Pa or less, more preferably 5 to 5 Pa.
It is 200 Pa. If the pressure is too low, it becomes difficult to increase the plasma density, and the efficiency of the plasma processing is reduced. On the other hand, if the pressure is too high, the etching efficiency tends to decrease due to the generation of polyatomic molecules.

【0068】なお、陽極3またはその近傍には、必要に
応じ、被処理体7を加熱するための加熱手段、例えば電
気ヒータなどが設けられる。
In addition, a heating means for heating the object 7 to be processed, for example, an electric heater or the like is provided in or near the anode 3 as needed.

【0069】また、陽極3には、必要に応じ直流バイア
ス電圧を印加してもよい。陽極電位を下げる方向に直流
バイアス電圧を印加すれば、被処理体7に向かってイオ
ンが加速されるので、特にプラズマエッチングの際の効
率向上に有効である。
Further, a DC bias voltage may be applied to the anode 3 as necessary. When a DC bias voltage is applied in a direction to lower the anode potential, ions are accelerated toward the object to be processed 7, which is particularly effective for improving the efficiency in plasma etching.

【0070】本発明は、様々なCVD膜の形成に適用で
きる。例えば、多結晶や単結晶のダイヤモンド、Si、
SiC、BN、C、SiNx、SiOx等からなるアモル
ファス膜、Si、SiC、c−BN等からなる多結晶
膜、Si、SiC、c−BN等からなる単結晶膜などの
いずれの製造にも本発明は適用できる。
The present invention can be applied to the formation of various CVD films. For example, polycrystalline or single crystal diamond, Si,
SiC, BN, C, SiN x , amorphous film made of SiO x or the like, Si, SiC, polycrystalline film composed of c-BN and the like, Si, SiC, in any production, such as single crystal film composed of c-BN and the like The present invention can also be applied.

【0071】プラズマCVDの際に用いる原料ガスは、
形成対象物に応じて従来と同様に適宜選択すればよく、
特に限定されない。
The source gas used in the plasma CVD is as follows:
What is necessary is just to select suitably similarly to the conventional according to the formation object,
There is no particular limitation.

【0072】[0072]

【実施例】ケースNo.1(比較) 図1に示す構成の装置からマグネトロン磁場発生用磁石
20を取り去った装置を用い、厚さ75μmのポリエチ
レンナフタレートフィルム基体上に、アモルファスシリ
コンからなる厚さ0.7μmの薄膜をプラズマCVD法
により形成した。原料ガスおよびその流量は、 SiH4:50sccm、 H2:500sccm とした。動作圧力、陰極2構成材料、陰極シース電圧V
Sおよびプラズマ密度を、表1に示す。
EXAMPLE No. 1 (Comparative) Using a device having the structure shown in FIG. 1 from which the magnet 20 for generating a magnetron magnetic field was removed, a 75 μm-thick polyethylene naphthalate film base was formed on a polyethylene naphthalate film substrate. A 0.7 μm thin film was formed by a plasma CVD method. Material gas and its flow rate, SiH 4: 50sccm, H 2 : was 500 sccm. Operating pressure, cathode 2 constituent material, cathode sheath voltage V
Table 1 shows S and the plasma density.

【0073】この装置では、シース幅縮小部材10を設
けない場合の陰極シース幅は約20mmとなる。シース幅
縮小部材10には、Alからなる厚さ1mm、開口率70
%のパンチングメタルを用いた。このパンチングメタル
の貫通孔は、直径0.2mm(デバイ長の10倍)であ
り、最密充填となるように配置されたものである。陰極
2とシース幅縮小部材10との距離は5mmとした。シー
ス幅縮小部材10を設けることにより陰極シース幅が縮
小し、かつグロー領域が拡大したことが、肉眼で確認で
きた。
In this apparatus, when the sheath width reducing member 10 is not provided, the cathode sheath width is about 20 mm. The sheath width reducing member 10 has a thickness of 1 mm made of Al and an aperture ratio of 70.
% Punching metal was used. The through-hole of this punching metal has a diameter of 0.2 mm (10 times the Debye length) and is arranged so as to be closest packed. The distance between the cathode 2 and the sheath width reducing member 10 was 5 mm. It was visually confirmed that the provision of the sheath width reducing member 10 reduced the cathode sheath width and increased the glow region.

【0074】ケースNo.2 図1に示す構成の装置を用いたほかはケースNo.1と同
様にして、アモルファスシリコン薄膜を形成した。
Case No. 2 An amorphous silicon thin film was formed in the same manner as in Case No. 1 except that the apparatus having the structure shown in FIG. 1 was used.

【0075】ケースNo.3 図8に示す構成の装置を用いたほかはケースNo.1と同
様にして、アモルファスシリコン薄膜を形成した。
Case No. 3 An amorphous silicon thin film was formed in the same manner as in Case No. 1, except that the apparatus having the structure shown in FIG. 8 was used.

【0076】ケースNo.4 図1に示す構成の装置に図8に示すカスプ磁場発生用磁
石8を付加した構成の装置を用いたほかはケースNo.1
と同様にして、アモルファスシリコン薄膜を形成した。
Case No. 4 Case No. 1 except that an apparatus having a configuration in which a cusp magnetic field generating magnet 8 shown in FIG. 8 was added to the apparatus having the configuration shown in FIG. 1 was used.
In the same manner as described above, an amorphous silicon thin film was formed.

【0077】ケースNo.5 構成材料の異なる陰極2を用いたほかはケースNo.2と
同様にして、アモルファスシリコン薄膜を形成した。
Case No. 5 An amorphous silicon thin film was formed in the same manner as in Case No. 2 except that a cathode 2 having a different material was used.

【0078】ケースNo.6 図7に示す構成の装置を用いたほかはケースNo.1と同
様にして、アモルファスシリコン薄膜を形成した。
Case No. 6 An amorphous silicon thin film was formed in the same manner as in Case No. 1 except that the apparatus having the structure shown in FIG. 7 was used.

【0079】評価 上記各ケースで形成した薄膜について、陰極構成材料の
混入量をSIMSにより測定した。結果を表1に示す。
なお、表1において「検出限界以下」とは、1017cm-3
以下を意味する。
Evaluation For the thin films formed in each of the above cases, the amount of the cathode constituent material mixed was measured by SIMS. Table 1 shows the results.
In Table 1, “below the detection limit” means 10 17 cm −3.
Means:

【0080】[0080]

【表1】 [Table 1]

【0081】表1において、マグネトロン磁場発生用磁
石またはカスプ磁場発生用磁石を設けた装置を用いたケ
ースNo.2およびケースNo.3では、プラズマ密度が顕著
に向上している。また、これらの磁石の両者を設けた装
置を用いたケースNo.4では、プラズマ密度がさらに向
上している。
In Table 1, in cases No. 2 and No. 3 using the apparatus provided with the magnetron magnetic field generating magnet or the cusp magnetic field generating magnet, the plasma density is remarkably improved. Further, in case No. 4 using an apparatus provided with both of these magnets, the plasma density is further improved.

【0082】また、マグネトロン磁場発生用磁石を設
け、かつ、Alからなる陰極2を使用したケースNo.2
およびケースNo.4では、薄膜中に陰極構成元素の混入
が認められるが、Wからなる陰極2を使用したケースN
o.5では、陰極構成元素の混入は認められない。また、
ケースNo.2と同様にAlからなる陰極2を使用した
が、図7に示す装置を用いて陰極シース電圧VSを減少
させたケースNo.6では、プラズマ密度はやや低下した
が、陰極構成元素の混入は認められない。
Case No. 2 in which a magnet for generating a magnetron magnetic field was provided and a cathode 2 made of Al was used.
In case No. 4 and cathode constituent elements were mixed in the thin film, case N using cathode 2 made of W was used.
In o.5, no contamination of cathode constituent elements was observed. Also,
Although using the cathode 2 composed of similarly Al a case No.2, Case No.6 reduced cathode sheath voltage V S by using the apparatus shown in FIG. 7, the plasma density is slightly decreased, the cathode structure No element contamination is observed.

【0083】なお、図5または図6に示す構成の装置を
用いた場合でも、プラズマ密度を大きく低下させること
なく、アモルファスシリコン薄膜中への陰極構成元素の
混入を抑えることができた。また、陰極2をTa、M
o、TiまたはZrから構成した場合でも、同様であっ
た。
Even when the apparatus having the structure shown in FIG. 5 or FIG. 6 was used, it was possible to suppress the incorporation of the cathode constituent elements into the amorphous silicon thin film without greatly lowering the plasma density. The cathode 2 is made of Ta, M
The same was true for the case where it was composed of o, Ti or Zr.

【0084】[0084]

【発明の効果】本発明のプラズマ処理装置は、シース幅
縮小部材を備え、かつ、マグネトロン磁場発生用磁石お
よび/またはカスプ磁場発生用磁石を備えるので、高速
なプラズマ処理が可能である。すなわち、プラズマCV
Dにおける高速な膜形成およびプラズマエッチングにお
ける高速エッチングが実現する。
The plasma processing apparatus of the present invention has a sheath width reducing member and a magnet for generating a magnetron magnetic field and / or a magnet for generating a cusp magnetic field, thereby enabling high-speed plasma processing. That is, the plasma CV
High-speed film formation in D and high-speed etching in plasma etching are realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図およびこの装置の陰極−陽極間における電位分布を示
すグラフである。
FIG. 1 is a sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus of the present invention and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus.

【図2】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図およびこの装置の陰極−陽極間における電位分布を示
すグラフである。
FIG. 2 is a sectional view showing a main part of the plasma processing apparatus of the present invention and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus.

【図3】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図およびこの装置の陰極−陽極間における電位分布を示
すグラフである。
FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus of the present invention and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus.

【図4】シース幅縮小部材の構成例を示す平面図であ
る。
FIG. 4 is a plan view showing a configuration example of a sheath width reducing member.

【図5】(A)は、本発明のプラズマ処理装置の主要部
を示す断面図およびこの装置の陰極−陽極間における電
位分布を示すグラフである。(B)は、(A)に示すプ
ラズマ処理装置における放電部とコイルとを等価的に表
す回路図である。
FIG. 5A is a sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus of the present invention and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus. FIG. 2B is a circuit diagram equivalently showing a discharge unit and a coil in the plasma processing apparatus shown in FIG.

【図6】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図およびこの装置の陰極−陽極間における電位分布を示
すグラフである。
FIG. 6 is a sectional view showing a main part of the plasma processing apparatus of the present invention and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus.

【図7】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図およびこの装置の陰極−陽極間における電位分布を示
すグラフである。
FIG. 7 is a sectional view showing a main part of a plasma processing apparatus of the present invention and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus.

【図8】本発明のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a main part of the plasma processing apparatus of the present invention.

【図9】本発明のプラズマ処理装置が備えるマグネトロ
ン磁場発生用磁石の構成を説明するための断面図であ
る。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a magnet for generating a magnetron magnetic field provided in the plasma processing apparatus of the present invention.

【図10】本発明のプラズマ処理装置が備えるカスプ磁
場発生用磁石の構成を説明するための断面図である。
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration of a cusp magnetic field generating magnet included in the plasma processing apparatus of the present invention.

【図11】本発明のプラズマ処理装置の具体的な構成例
を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a specific configuration example of the plasma processing apparatus of the present invention.

【図12】従来のプラズマ処理装置の主要部を示す断面
図およびこの装置の陰極−陽極間における電位分布を示
すグラフである。
FIG. 12 is a sectional view showing a main part of a conventional plasma processing apparatus and a graph showing a potential distribution between a cathode and an anode of the apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

2 陰極 20 磁石 20A 中心磁石 20B 外周磁石 21 コイル 22 可変抵抗器 23 直流電源 3 陽極 4 結合コンデンサ 5 高周波電源 6 グロー領域 7 被処理体 8 磁石 10 シース幅縮小部材 11 貫通孔 100 真空槽 101 排気路 102 原料ガス導入路 2 Cathode 20 Magnet 20A Center magnet 20B Peripheral magnet 21 Coil 22 Variable resistor 23 DC power supply 3 Anode 4 Coupling capacitor 5 High frequency power supply 6 Glow area 7 Workpiece 8 Magnet 10 Sheath width reduction member 11 Through hole 100 Vacuum tank 101 Exhaust path 102 Source gas introduction path

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H05H 1/46 H01L 21/302 C (72)発明者 高村 秀一 愛知県尾張旭市旭ヶ丘町長洞5860番地の11 (72)発明者 上杉 喜彦 愛知県名古屋市東区徳川町2609番地の1 ロイヤルアーク徳川町203号 (72)発明者 大野 哲靖 愛知県日進市香久山5丁目2105番地 Fターム(参考) 4G075 AA30 BC04 BC06 BD14 CA42 CA47 EB41 EC21 FC13 4K030 AA06 AA17 BA30 CA07 CA12 FA03 KA15 KA19 KA30 KA34 KA39 KA46 5F004 AA16 BA05 BA08 BA09 BB07 BB12 CA02 CA03 CA06 5F045 AA08 AB04 BB01 BB09 CA15 DP09 EB02 EH06 EH08 EH14 EH16 EH19 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI Theme coat ゛ (Reference) H05H 1/46 H01L 21/302 C (72) Inventor Shuichi Takamura 5860-11, Asagaga-cho, Asahigaoka-cho, Owariasahi-shi, Aichi Prefecture 11 (72) Inventor Yoshihiko Uesugi 1 Royal Royal Ark Tokugawacho 203, 2609 Tokugawacho, Higashi-ku, Nagoya-shi, Aichi (72) Inventor Tetsuyasu Ohno 5-105, Kakuyama, Nisshin-shi, Aichi F-term CA42 CA47 EB41 EC21 FC13 4K030 AA06 AA17 BA30 CA07 CA12 FA03 KA15 KA19 KA30 KA34 KA39 KA46 5F004 AA16 BA05 BA08 BA09 BB07 BB12 CA02 CA03 CA06 5F045 AA08 AB04 BB01 BB09 CA15 DP09 EB02 EH06 E16E16E08H

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 陰極と陽極との間に、複数の貫通孔を有
する板状体であるシース幅縮小部材が配置され、このシ
ース幅縮小部材の陰極からの距離が、シース幅縮小部材
を設けないときの陰極シース幅よりも小さく、 陰極近傍に、マグネトロン磁場発生手段、および/また
は、発生したプラズマを閉じ込めるためのカスプ磁場発
生手段を有するプラズマ処理装置。
A sheath width reducing member, which is a plate-like body having a plurality of through holes, is disposed between a cathode and an anode, and the distance between the sheath width reducing member and the cathode is provided by a sheath width reducing member. A plasma processing apparatus having a magnet sheath magnetic field generating means and / or a cusp magnetic field generating means for confining generated plasma near the cathode, which is smaller than the width of the cathode sheath when there is no cathode sheath.
【請求項2】 前記貫通孔の短径がデバイ長の10倍以
下である請求項1のプラズマ処理装置。
2. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the minor diameter of the through hole is not more than 10 times the Debye length.
【請求項3】 前記シース幅縮小部材の電位を制御する
ためのバイアス電圧印加手段を有する請求項1または2
のプラズマ処理装置。
3. The apparatus according to claim 1, further comprising a bias voltage applying means for controlling an electric potential of said sheath width reducing member.
Plasma processing equipment.
【請求項4】 マグネトロン磁場発生手段を有し、か
つ、前記陰極の少なくともプラズマに対向する表面が、
W、Ta、Mo、TiおよびZrの少なくとも1種を含
有する金属または合金から構成される請求項1〜3のい
ずれかのプラズマ処理装置。
4. A cathode having a magnetron magnetic field generating means, and at least a surface of the cathode facing the plasma,
The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, comprising a metal or an alloy containing at least one of W, Ta, Mo, Ti and Zr.
【請求項5】 マグネトロン磁場発生手段を有し、か
つ、陰極に接続された高周波電源と、陰極シース電圧を
減少させる手段とを有する請求項1〜4のいずれかのプ
ラズマ処理装置。
5. The plasma processing apparatus according to claim 1, further comprising a magnetron magnetic field generating means, a high frequency power supply connected to the cathode, and means for reducing a cathode sheath voltage.
【請求項6】 前記高周波電源の周波数において高いイ
ンピーダンスを示す高域遮断フィルタを設け、前記高域
遮断フィルタの一端を前記高周波電源と並列に陰極に接
続し、前記高域遮断フィルタの他端を接地することによ
り、陰極シース電圧を減少させるものである請求項5の
プラズマ処理装置。
6. A high-frequency cutoff filter that exhibits a high impedance at the frequency of the high-frequency power supply, one end of the high-frequency cutoff filter is connected to a cathode in parallel with the high-frequency power supply, and the other end of the high-frequency cutoff filter is connected to a cathode. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein the grounding reduces the cathode sheath voltage.
【請求項7】 前記高周波電源の周波数において高いイ
ンピーダンスを示す高域遮断フィルタと、この高域遮断
フィルタに直列に接続された抵抗器とを含む電位制御手
段を設け、前記電位制御手段を前記高周波電源と並列に
陰極に接続することにより、陰極シース電圧を減少させ
るものである請求項5のプラズマ処理装置。
7. A high-frequency cutoff filter having a high impedance at the frequency of the high-frequency power supply, and a potential control means including a resistor connected in series to the high-frequency cutoff filter, wherein the potential control means includes a high-frequency cutoff filter. 6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a cathode sheath voltage is reduced by connecting to a cathode in parallel with a power supply.
【請求項8】 前記高周波電源の周波数において高いイ
ンピーダンスを示す高域遮断フィルタと、この高域遮断
フィルタに直列に接続された直流電源とを含む電位制御
手段を設け、前記電位制御手段を前記高周波電源と並列
に陰極に接続することにより、陰極シース電圧を減少さ
せるものである請求項5のプラズマ処理装置。
8. A high-frequency cutoff filter having a high impedance at the frequency of the high-frequency power supply, and a potential control means including a DC power supply connected in series to the high-frequency cutoff filter, wherein the potential control means is connected to the high-frequency cutoff filter. 6. The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein a cathode sheath voltage is reduced by connecting to a cathode in parallel with a power supply.
【請求項9】 前記カスプ磁場発生手段が前記陽極とし
て機能する請求項1〜8のいずれかのプラズマ処理装
置。
9. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein said cusp magnetic field generating means functions as said anode.
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