JP2003080060A - Discharge plasma treating apparatus - Google Patents

Discharge plasma treating apparatus

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JP2003080060A
JP2003080060A JP2001273742A JP2001273742A JP2003080060A JP 2003080060 A JP2003080060 A JP 2003080060A JP 2001273742 A JP2001273742 A JP 2001273742A JP 2001273742 A JP2001273742 A JP 2001273742A JP 2003080060 A JP2003080060 A JP 2003080060A
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JP
Japan
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gas
discharge plasma
electric field
processing apparatus
electrodes
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Application number
JP2001273742A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuyoshi Iwane
和良 岩根
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a discharge plasma treating apparatus capable of coping even with the treatment of a large surface area base material, or the like, by moderating the drift of a gas introduced between electrodes in the remote type discharge plasma treating apparatus. SOLUTION: In the discharge plasma treating apparatus in which glow discharge plasma is produced by introducing a treating gas between the opposed electrodes and applying electric field, the introduction of the treating gas between the opposed electrodes is uniformly performed by using a flow straightening mechanism provided with a rotary blade.

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、放電プラズマ処理
装置に関し、特に、処理ガスを電極間に均一に導入する
ことのできる装置を有する放電プラズマ処理装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric discharge plasma processing apparatus, and more particularly to an electric discharge plasma processing apparatus having an apparatus capable of uniformly introducing a processing gas between electrodes.

【0002】[0002]

【従来の技術】化学蒸着(CVD)法等により基板上に
薄膜を形成して半導体素子を製造する方法が種々開発さ
れているが、反応ガス流の均一性が基材面上に形成され
る薄膜の均質性等に影響を及ぼすことが知られており、
特に、大面積基板上に薄膜を形成する場合は、反応ガス
の流速、濃度がその薄膜形成に大きく影響を及ぼしてい
る。
2. Description of the Related Art Various methods have been developed for manufacturing a semiconductor device by forming a thin film on a substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method or the like, but a uniform reaction gas flow is formed on a substrate surface. It is known to affect the homogeneity of thin films,
In particular, when forming a thin film on a large area substrate, the flow velocity and concentration of the reaction gas have a great influence on the formation of the thin film.

【0003】反応ガスを基材面に対して均一にする方法
としては、例えば、特開平8−209349号公報に記
載されているように、多孔質材料を用いたシャワー板を
用いる方法、特開2001−140078号公報に記載
されているような整流フィンを用いる方法が挙げられ
る。しかしながら、ガスの導入流れや導入方法について
は未だ十分に解決された方法であるとは言えなかった。
さらに、ガスの偏流に対しては十分な効果が発揮され
ず、特にプラズマ放電処理による薄膜形成方法において
は、偏流問題を解決する必要があった。
As a method for making the reaction gas uniform with respect to the surface of the substrate, for example, a method using a shower plate using a porous material, as described in JP-A-8-209349, A method using a rectifying fin as described in 2001-140078 can be mentioned. However, it cannot be said that the gas introduction flow and the gas introduction method have been sufficiently solved.
Furthermore, a sufficient effect is not exerted on the nonuniform flow of gas, and in particular, in the thin film forming method by the plasma discharge treatment, it was necessary to solve the nonuniform flow problem.

【0004】また、一般的な常圧プラズマ処理方法で
は、特開平6−2149号公報、特開平7−85997
号公報等に記載されているように、主に処理槽内部にお
いて、固体誘電体等で被覆した平行平板型電極間に被処
理体を設置し、処理槽に処理ガスを導入し、電極間に電
圧を印加し、発生したプラズマで被処理体を処理する方
法が採られている。このような方法によると、被処理体
全体を放電空間に置くこととなり、被処理体にダメージ
を与えることになりやすいという問題があった。
Further, in a general atmospheric pressure plasma processing method, JP-A-6-2149 and JP-A-7-85997 are used.
As described in Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-242, mainly, inside the processing tank, the object to be processed is installed between the parallel plate electrodes covered with the solid dielectric, etc., and the processing gas is introduced into the processing tank, and between the electrodes. A method of applying a voltage and treating the object to be treated with the generated plasma is adopted. According to such a method, the entire object to be processed is placed in the discharge space, and there is a problem that the object to be processed is likely to be damaged.

【0005】このような問題を解決するものとして、被
処理体の特定部分のみにプラズマ処理を行いやすく、し
かも被処理物を連続的に処理することができる装置とし
て、先端にプラズマガス吹き出し口を有するリモート型
プラズマ処理装置が開発されてきている。例えば、特開
平11−251304号公報及び特開平11−2605
97号公報には、外側電極を備えた筒状の反応管及び反
応管の内部に内側電極を具備し、両電極に冷却手段を設
け、反応管内部でグロー放電を発生させ、反応管からプ
ラズマジェットを吹き出して被処理体に吹きつけるプラ
ズマ処理装置が開示され、また、より大面積基材の処理
ができる平行平板型電極の先端に長尺ノズルを設けたリ
モート型プラズマ処理装置が開発されてきている。
In order to solve such a problem, a plasma gas blow-out port is provided at the tip as an apparatus which can easily perform plasma treatment only on a specific portion of an object to be treated and can continuously treat the object to be treated. A remote type plasma processing apparatus having the same has been developed. For example, JP-A-11-251304 and JP-A-11-2605.
In Japanese Patent Publication No. 97, a cylindrical reaction tube having an outer electrode and an inner electrode are provided inside the reaction tube, cooling means is provided at both electrodes, glow discharge is generated inside the reaction tube, and plasma is generated from the reaction tube. A plasma processing apparatus has been disclosed in which a jet is blown and blown onto an object to be processed, and a remote type plasma processing apparatus in which a long nozzle is provided at the tip of a parallel plate type electrode capable of processing a larger area substrate has been developed. ing.

【0006】しかしながら、上記リモート型プラズマ処
理装置においては、特に平行平板型電極間で発生させた
プラズマを長尺ノズルから大面積基材表面を処理する場
合においては、電極間に導入する処理ガスの流量及び流
速に分布が生じてガスの導入流れに偏流が生じると、基
材に向かって吹き出されるプラズマ流に密度等の濃淡が
生じ、基材表面に形成される薄膜の均一性に影響を及ぼ
すという問題を生じていた。
However, in the above remote type plasma processing apparatus, particularly when the plasma generated between the parallel plate type electrodes is used to process the surface of a large area substrate from a long nozzle, the processing gas introduced between the electrodes is changed. If the flow rate and the flow velocity are distributed and the gas introduction flow becomes uneven, the plasma flow blown toward the base material will have density variations, which will affect the uniformity of the thin film formed on the base material surface. There was a problem of exerting it.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題に
鑑み、リモート型放電プラズマ処理装置において、電極
間に導入するガスの偏流を和らげて、大面積基材等の処
理にも対応できる放電プラズマ処理装置を提供すること
を目的とする。
DISCLOSURE OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention is a remote type discharge plasma processing apparatus, in which a nonuniform flow of gas introduced between electrodes is mitigated to enable processing of a large area substrate or the like. An object is to provide a plasma processing apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決すべく鋭意研究した結果、電極間に導入するガスの
偏流を和らげるためにガス整流部に回転羽根(プロペ
ラ)機構を設け、偏りのあるガス流を攪拌することによ
り、局所的ガス流を回転羽根全体の流れにして、電極間
にガスを均一に導入することができることを見出し本発
明を完成させた。
Means for Solving the Problems As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor has provided a rotating vane (propeller) mechanism in a gas rectifying unit in order to alleviate a nonuniform flow of gas introduced between electrodes. The inventors have found that by stirring a biased gas flow, the local gas flow can be made to flow over the entire rotating blade, and the gas can be uniformly introduced between the electrodes, and the present invention has been completed.

【0009】すなわち、本発明の第1の発明は、対向電
極間に処理ガスを導入し、電界を印加してグロー放電プ
ラズマを発生するようになされた放電プラズマ処理装置
において、対向電極間への処理ガスの導入が、回転羽根
による整流機構により電極間に均一に導入することがで
きるようになされていることを特徴とする放電プラズマ
処理装置である。
That is, the first aspect of the present invention is a discharge plasma processing apparatus configured to introduce a processing gas between opposed electrodes and apply an electric field to generate glow discharge plasma. The discharge plasma processing apparatus is characterized in that the processing gas can be uniformly introduced between the electrodes by a rectifying mechanism using a rotating blade.

【0010】また、本発明の第2の発明は、対向電極
が、対向電極の対向面の少なくとも一方が固体誘電体で
被覆されている電極であることを特徴とする第1の発明
に記載の放電プラズマ処理装置である。
The second invention of the present invention is described in the first invention, wherein the counter electrode is an electrode in which at least one of the counter surfaces of the counter electrode is covered with a solid dielectric. It is a discharge plasma processing apparatus.

【0011】また、本発明の第3の発明は、グロー放電
プラズマの発生が、大気圧近傍の圧力下で行われること
を特徴とする第1又は2の発明に記載の放電プラズマ処
理装置である。
A third invention of the present invention is the discharge plasma processing apparatus according to the first or second invention, wherein glow discharge plasma is generated under a pressure near atmospheric pressure. .

【0012】また、本発明の第4の発明は、対向電極が
平行平板型電極であって、発生した放電プラズマを放電
空間外に設置された被処理基板に吹き付けるようになさ
れていることを特徴とする第1〜3のいずれかの発明に
記載の放電プラズマ処理装置である。
Further, a fourth invention of the present invention is characterized in that the counter electrode is a parallel plate type electrode, and the generated discharge plasma is sprayed onto a substrate to be processed placed outside the discharge space. The discharge plasma processing apparatus according to any one of the first to third inventions.

【0013】また、本発明の第5の発明は、電界が、電
圧立ち上がり時間が10μs以下、電界強度が10〜1
000kV/cmのパルス状の電界であることを特徴と
する第1〜4のいずれかの発明に記載の放電プラズマ処
理装置である。
In a fifth aspect of the present invention, the electric field has a voltage rise time of 10 μs or less and an electric field intensity of 10 to 1
The discharge plasma processing apparatus according to any one of the first to fourth inventions, which is a pulsed electric field of 000 kV / cm.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】本発明の放電プラズマ処理装置
は、対向電極間に処理ガスを導入し、電界、好ましくは
パルス電界を印加することによって、グロー放電プラズ
マを発生するようになされた放電プラズマ処理装置であ
って、特に、平行平板型電極間で発生させた放電プラズ
マを長尺ノズルから被処理基材表面に吹き付けるリモー
ト型プラズマ処理装置において、処理ガス導入部に処理
ガスの流量及び流速に分布が生じる偏流を和らげる回転
羽根による整流機構を導入し、電極間に導入するガス流
を均一化し、被処理基材に向かって吹き出されるプラズ
マ流を均一化するようになされている放電プラズマ処理
装置である。以下、詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The discharge plasma processing apparatus of the present invention is a discharge plasma adapted to generate glow discharge plasma by introducing a processing gas between opposed electrodes and applying an electric field, preferably a pulsed electric field. In the processing apparatus, in particular, in a remote type plasma processing apparatus in which discharge plasma generated between parallel plate type electrodes is sprayed from a long nozzle onto the surface of a substrate to be processed, the flow rate and flow velocity of the processing gas in the processing gas introduction part Introducing a rectifying mechanism with rotating blades to alleviate the uneven flow that causes the distribution, the gas flow introduced between the electrodes is made uniform, and the plasma flow blown toward the substrate to be processed is made uniform. It is a device. The details will be described below.

【0015】本発明の放電プラズマ処理装置を図で説明
する。図1は、本発明の装置の一例を斜視図で示した模
式的概略図である。図1において、処理ガスは、ガス吹
き込み口6からガス導入室5に導入され、ガス導入室5
内で整流機構により均一整流化され、平行平板型電極1
及び2の間の放電空間3の長さに対応するスリット状ガ
ス吹き出し口7から放電空間3に吹き込まれる。吹き込
まれた処理ガスは、放電空間3で励起されプラズマ化
し、プラズマ吹き出し口4から被処理基材20の表面に
吹き付けられる。
The discharge plasma processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing a perspective view of an example of the device of the present invention. In FIG. 1, the processing gas is introduced into the gas introduction chamber 5 through the gas blowing port 6, and the gas introduction chamber 5
Parallel plate type electrode 1
And 2 is blown into the discharge space 3 from the slit-shaped gas blowing port 7 corresponding to the length of the discharge space 3. The processing gas blown into the discharge space 3 is excited and turned into plasma, and is sprayed from the plasma outlet 4 onto the surface of the substrate 20 to be processed.

【0016】図2は、本発明で用いる整流機構を備えた
ガス導入室の一例の側断面図であり、図3はガス導入室
の下部側からの一部透視した模式的斜視図である。ガス
導入室5は、一次室10と二次室11に分割され、一次
室10から二次室11へは一次ガス吹き出し口12が複
数個設けられ、二次室側には一次ガス吹き出し口12に
対応して複数枚の回転羽根13が回転軸14に取り付け
られた複数の回転羽根機構が設けられている。処理ガス
は、ガス吹き込み口6より一次室10に導入され、一次
室内で略均一化され、次に複数の一次ガス吹き出し口1
2から二次室11に導入される。二次室へ導入された処
理ガスは、回転羽根13に衝突し、回転羽根13を回転
させると同時に、回転羽根13で攪拌され、整流化さ
れ、スリット状ガス吹き出し口7から、放電空間3に送
り込まれる。
FIG. 2 is a side sectional view of an example of the gas introducing chamber provided with the flow regulating mechanism used in the present invention, and FIG. 3 is a schematic perspective view partially seen from the lower side of the gas introducing chamber. The gas introduction chamber 5 is divided into a primary chamber 10 and a secondary chamber 11, a plurality of primary gas outlets 12 are provided from the primary chamber 10 to the secondary chamber 11, and a primary gas outlet 12 is provided on the secondary chamber side. Corresponding to the above, a plurality of rotary blade mechanisms in which a plurality of rotary blades 13 are attached to the rotary shaft 14 are provided. The processing gas is introduced into the primary chamber 10 through the gas blowing port 6, is made substantially uniform in the primary chamber, and then the plurality of primary gas blowing ports 1 are provided.
2 is introduced into the secondary chamber 11. The processing gas introduced into the secondary chamber collides with the rotating blade 13 and rotates the rotating blade 13, and at the same time, the processing gas is agitated and rectified by the rotating blade 13 into the discharge space 3 from the slit-shaped gas outlet 7. Sent in.

【0017】上記回転羽根機構は、二次室側の一次ガス
吹き出し口12に対応して設けられており、一次ガス吹
き出し口12から二次室へ流入するガス流で動力を用い
ないで、回転するようになされているものであっても、
動力で回転するようになされたものであっても良く、回
転軸が首を振るような機構を有しても良い。回転羽根1
3は、回転軸14に取り付けられるが、その枚数には制
限はなく、使用する処理ガスの種類等にしたがい取り付
け、取り外しができるようにしておくのが好ましい。回
転羽根13の回転軸14への取り付け角度は、0〜90
゜の範囲で適宜変更できるようにして取り付けられる。
また、回転羽根13の材質としては、特に制限はなく、
使用する処理ガスの種類に応じて、ポリテトラフルオロ
エチレン樹脂、ナイロン樹脂、金属等が挙げられる。
The rotary vane mechanism is provided corresponding to the primary gas outlet 12 on the secondary chamber side, and is rotated without using power by the gas flow flowing from the primary gas outlet 12 into the secondary chamber. Even if it is designed to
It may be configured to rotate by power, or may have a mechanism in which the rotating shaft swings its head. Rotating blade 1
The number 3 is attached to the rotary shaft 14, but the number of the number 3 is not limited, and it is preferable that the number 3 can be attached and detached according to the kind of the processing gas to be used. The mounting angle of the rotary blade 13 to the rotary shaft 14 is 0 to 90.
It is attached so that it can be changed appropriately within the range of °.
Further, the material of the rotary blade 13 is not particularly limited,
Depending on the type of processing gas used, polytetrafluoroethylene resin, nylon resin, metal, etc. may be mentioned.

【0018】なお、一次室及び二次室には、処理ガスの
ガス流の均一化、整流化を促進させる、邪魔板、多孔
板、風向変化機能板等を設けてもよい。さらに、一次ガ
ス吹き出し口12の形状は、回転羽根の回転を加速でき
るようなノズル形状にしてもよい。特に、複数種の処理
ガスを用いる場合又は処理ガスと希釈ガスとの混合気体
を用いる場合、供給時に不均一になることを避けるよう
な装置の工夫がなされていることが好ましく、特に面積
の大きな被処理体に適用する場合や比重差の大きい複数
のガスを用いる場合は、不均一になり易いので本発明の
装置が効果を発揮する。
The primary chamber and the secondary chamber may be provided with a baffle plate, a perforated plate, an air flow direction changing function plate, etc. for promoting uniformization and flow rectification of the gas flow of the processing gas. Further, the shape of the primary gas outlet 12 may be a nozzle shape that can accelerate the rotation of the rotary blades. In particular, when using a plurality of types of processing gas or when using a mixed gas of a processing gas and a diluent gas, it is preferable that the device is devised so as to avoid non-uniformity at the time of supply, especially in a large area. When applied to an object to be processed or when a plurality of gases having large differences in specific gravity are used, the apparatus of the present invention is effective because it tends to become non-uniform.

【0019】本発明の放電プラズマ処理装置において、
放電プラズマを発生させる処理圧力としては、大気圧近
傍の圧力下が好ましく、具体的には、1.333×10
4〜10.664×104Paの圧力下が好ましい。中で
も、圧力調整が容易で、装置が簡便になる9.331×
104〜10.397×104Paの範囲が特に好まし
い。
In the discharge plasma processing apparatus of the present invention,
The processing pressure for generating the discharge plasma is preferably under atmospheric pressure, and specifically, 1.333 × 10 5.
A pressure of 4 to 10.664 × 10 4 Pa is preferable. Above all, pressure adjustment is easy and the device is simple.
The range of 10 4 to 10.397 × 10 4 Pa is particularly preferable.

【0020】本発明の装置で用いる対向電極の材質とし
ては、例えば、銅、アルミニウム等の金属単体、ステン
レス、真鍮等の合金、金属間化合物等からなるものが挙
げられる。上記対向電極は、電界集中によるアーク放電
の発生を避けるために、対向電極間の距離が略一定とな
る構造であることが好ましい。この条件を満たす電極構
造としては、例えば、平行平板型、円筒対向平板型、球
対向平板型、双曲面対向平板型、同軸円筒型構造等が挙
げられるが、特に平行平板型電極を用い、電極の放電空
間で発生したプラズマを放電空間外に設置した被処理基
材に吹き付けるようにしたリモート型の構造を構成する
電極が好ましい。このような構造にすることにより、被
処理基材は、直接高電界プラズマ空間にさらされること
が無く、表面のみにプラズマ状態のガスが運ばれ、処理
が行われるので電気的熱的負担が軽減される。
Examples of the material of the counter electrode used in the apparatus of the present invention include those made of simple metals such as copper and aluminum, alloys such as stainless steel and brass, and intermetallic compounds. The counter electrodes preferably have a structure in which the distance between the counter electrodes is substantially constant in order to avoid occurrence of arc discharge due to electric field concentration. Examples of the electrode structure that satisfies this condition include a parallel plate type, a cylinder facing flat plate type, a sphere facing flat plate type, a hyperboloid facing flat plate type, and a coaxial cylindrical type structure. It is preferable to use an electrode having a remote type structure in which the plasma generated in the discharge space is sprayed onto the substrate to be processed installed outside the discharge space. With such a structure, the substrate to be treated is not directly exposed to the high electric field plasma space, and the gas in the plasma state is carried only to the surface to perform the treatment, thereby reducing the electrical and thermal load. To be done.

【0021】上記電極を被覆する固体誘電体は、電極の
対向面の一方又は双方に設置される。この際、固体誘電
体と設置される側の電極とが密着し、かつ、接する電極
の対向面を完全に覆うようにする。固体誘電体によって
覆われずに電極同士が直接対向する部位があると、そこ
からアーク放電が生じやすい。
The solid dielectric covering the electrodes is placed on one or both of the facing surfaces of the electrodes. At this time, the solid dielectric and the electrode on the installed side are in close contact with each other, and the facing surface of the contacting electrode is completely covered. If there is a portion where the electrodes directly face each other without being covered with the solid dielectric, arc discharge easily occurs from there.

【0022】上記固体誘電体の形状は、シート状でもフ
ィルム状でもよいが、厚みが0.01〜4mmであるこ
とが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに
高電圧を要し、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こ
りアーク放電が発生しやすい。
The solid dielectric may have a sheet shape or a film shape, but preferably has a thickness of 0.01 to 4 mm. If it is too thick, a high voltage is required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown occurs when a voltage is applied and arc discharge easily occurs.

【0023】上記固体誘電体の材質としては、例えば、
ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレ
ート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アル
ミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属
酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物、及びこれらの
複層化したもの等が挙げられる。
As the material of the solid dielectric, for example,
Examples thereof include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, complex oxides such as barium titanate, and those having a multilayer structure. To be

【0024】また、上記固体誘電体は、比誘電率が2以
上(25℃環境下、以下同じ)であることが好ましい。
比誘電率が2以上の誘電体の具体例としては、ポリテト
ラフルオロエチレン、ガラス、金属酸化膜等を挙げるこ
とができる。さらに高密度の放電プラズマを安定して発
生させるためには、比誘電率が10以上の固定誘電体を
用いことが好ましい。比誘電率の上限は特に限定される
ものではないが、現実の材料では18,500程度のも
のが知られている。比誘電率が10以上の固体誘電体と
しては、例えば、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化
アルミニウム50〜95重量%で混合された金属酸化物
皮膜、または、酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物
皮膜からなるものが好ましい。
The solid dielectric material preferably has a relative dielectric constant of 2 or more (in a 25 ° C. environment, the same applies hereinafter).
Specific examples of the dielectric material having a relative dielectric constant of 2 or more include polytetrafluoroethylene, glass, metal oxide film and the like. In order to stably generate high-density discharge plasma, it is preferable to use a fixed dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more. Although the upper limit of the relative permittivity is not particularly limited, it is known that the actual dielectric constant is about 18,500. As the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more, for example, a metal oxide film mixed with 5 to 50% by weight of titanium oxide and 50 to 95% by weight of aluminum oxide, or a metal oxide film containing zirconium oxide. Those consisting of are preferred.

【0025】上記固体誘電体で被覆された電極間の距離
は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマを
利用する目的等を考慮して適宜決定されるが、0.1〜
50mmであることが好ましく、より好ましくは5mm
以下である。50mmを超えると、均一な放電プラズマ
を発生させ難い。
The distance between the electrodes coated with the solid dielectric is appropriately determined in consideration of the thickness of the solid dielectric, the magnitude of the applied voltage, the purpose of utilizing plasma, etc.
It is preferably 50 mm, more preferably 5 mm
It is the following. When it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma.

【0026】また、対向電極には、電界を印加して、プ
ラズマを発生させるが、特にパルス電界を印加するのが
好ましい。
An electric field is applied to the counter electrode to generate plasma, and it is particularly preferable to apply a pulsed electric field.

【0027】上記パルス電界の立ち上がり時間及び立ち
下がり時間は、10μs以下が好ましい。10μsを超
えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものと
なり、パルス電界による高密度プラズマ状態を得られに
くくなる。また、立ち上がり時間及び立ち下がり時間が
短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行わ
れるが、40ns未満の立ち上がり時間のパルス電界は
実現しにくい。より好ましくは50ns〜1μsであ
る。なお、ここでいう立ち上がり時間とは、電圧(絶対
値)が連続して増加する時間、立ち下がり時間とは、電
圧(絶対値)が連続して減少する時間を指すものとす
る。
The rise time and fall time of the pulsed electric field are preferably 10 μs or less. If it exceeds 10 μs, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable, and it becomes difficult to obtain a high-density plasma state by a pulsed electric field. Further, the shorter the rise time and the fall time are, the more efficiently the gas is ionized at the time of plasma generation, but it is difficult to realize the pulse electric field having the rise time of less than 40 ns. More preferably, it is 50 ns to 1 μs. Note that the rising time referred to here means the time when the voltage (absolute value) continuously increases, and the falling time means the time when the voltage (absolute value) continuously decreases.

【0028】また、パルス電界の立ち下がり時間も急峻
であることが好ましく、立ち上がり時間と同様の10μ
s以下のタイムスケールであることが好ましい。パルス
電界発生技術によっても異なるが、例えば本発明の実施
例で使用した電源装置では、立ち上がり時間と立ち下が
り時間とが同じ時間に設定できる。
Further, it is preferable that the fall time of the pulsed electric field is also steep, and the same 10 μm as the rise time.
It is preferable that the time scale is s or less. For example, in the power supply device used in the embodiment of the present invention, the rise time and the fall time can be set to the same time, although it depends on the pulse electric field generation technique.

【0029】上記パルス電界の電界強度は、10〜10
00kV/cmであり、好ましくは20〜300kV/
cmである。電界強度が10kV/cm未満であると処
理に時間がかかりすぎ、1000kV/cmを超えると
アーク放電が発生しやすくなる。
The electric field strength of the pulse electric field is 10 to 10
00 kV / cm, preferably 20 to 300 kV /
cm. If the electric field strength is less than 10 kV / cm, the treatment takes too long, and if it exceeds 1000 kV / cm, arc discharge is likely to occur.

【0030】上記パルス電界の周波数は、0.5kHz
以上であることが好ましい。0.5kHz未満であると
プラズマ密度が低いため処理に時間がかかりすぎる。上
限は特に限定されないが、常用されている13.56M
Hz、試験的に使用されている500MHzといった高
周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱
い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。この
ようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大
きく向上させることができる。
The frequency of the pulsed electric field is 0.5 kHz.
The above is preferable. If it is less than 0.5 kHz, the plasma density is low and the treatment takes too long. The upper limit is not particularly limited, but is commonly used 13.56M
A high frequency band such as Hz or a test-use 500 MHz may be used. Considering the ease of matching with the load and the handling property, the frequency is preferably 500 kHz or less. By applying such a pulsed electric field, the processing speed can be greatly improved.

【0031】また、上記パルス電界におけるひとつのパ
ルス継続時間は、200μs以下であることが好まし
く、より好ましくは3〜200μsである。200μs
を超えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、ひ
とつのパルス継続時間とは、図9中に例を示してある
が、ON、OFFの繰り返しからなるパルス電界におけ
る、ひとつのパルスの連続するON時間を言う。
Further, one pulse duration in the above pulsed electric field is preferably 200 μs or less, more preferably 3 to 200 μs. 200 μs
When it exceeds, it becomes easy to shift to arc discharge. Here, one pulse duration is an example shown in FIG. 9, but refers to the continuous ON time of one pulse in a pulse electric field consisting of repeated ON and OFF.

【0032】本発明の放電プラズマ処理装置に用いる処
理ガスとしては、電界、好ましくはパルス電界を印加す
ることによってプラズマを発生するガスであれば、特に
限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。
The processing gas used in the discharge plasma processing apparatus of the present invention is not particularly limited as long as it is a gas which generates plasma by applying an electric field, preferably a pulsed electric field, and various gases are used depending on the processing purpose. it can.

【0033】例えば、処理ガスとして、CF4、C
26、CClF3、SF6等のフッ素含有化合物ガスを用
いることによって、撥水性表面を得ることができる。
For example, as the processing gas, CF 4 , C
A water-repellent surface can be obtained by using a fluorine-containing compound gas such as 2 F 6 , CClF 3 , or SF 6 .

【0034】また、処理ガスとして、O2、O3、水、空
気等の酸素元素含有化合物、N2、NH3等の窒素元素含
有化合物、SO2、SO3等の硫黄元素含有化合物を用い
て、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親
水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水
性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタク
リル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水
性重合膜を堆積することもできる。
Oxygen element-containing compounds such as O 2 , O 3 , water and air, nitrogen element-containing compounds such as N 2 and NH 3 and sulfur element-containing compounds such as SO 2 and SO 3 are used as processing gases. Then, a hydrophilic surface can be obtained by forming hydrophilic functional groups such as carbonyl group, hydroxyl group and amino group on the surface of the base material to increase the surface energy. Further, the hydrophilic polymer film can be deposited by using a polymerizable monomer having a hydrophilic group such as acrylic acid or methacrylic acid.

【0035】さらに、Si、Ti、Sn等の金属の金属
−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラー
ト等の処理用ガスを用いて、SiO2、TiO2、SnO
2等の金属酸化物薄膜を形成させ、基材表面に電気的、
光学的機能を与えることができ、ハロゲン系ガスを用い
てエッチング処理、ダイシング処理を行ったり、酸素系
ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行った
り、アルゴン、窒素等の不活性ガスによるプラズマで表
面クリーニングや表面改質を行うこともできる。
Further, using a processing gas such as a metal-hydrogen compound, a metal-halogen compound, a metal alcoholate of a metal such as Si, Ti or Sn, SiO 2 , TiO 2 , SnO is used.
A metal oxide thin film such as 2 is formed and is electrically and
Optical function can be given, and halogen gas is used for etching and dicing, oxygen gas is used for resist treatment and removal of organic contaminants, and inert gas such as argon and nitrogen is used. Surface cleaning and surface modification can also be performed with plasma.

【0036】経済性及び安全性の観点から、上記処理ガ
スは、単独雰囲気よりも、以下に挙げるような希釈ガス
によって希釈された雰囲気中で処理を行うことが好まし
い。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、
キセノン等の希ガス、窒素気体等が挙げられる。これら
は単独でも2種以上を混合して用いてもよい。また、希
釈ガスを用いる場合、処理ガスの濃度は、処理ガスと不
活性ガスとの混合ガス中の0.001〜10体積%であ
ることが好ましく、より好ましくは0.001〜0.3
体積%である。
From the viewpoint of economy and safety, it is preferable that the processing gas is processed in an atmosphere diluted with a diluent gas as described below, rather than in a single atmosphere. As the diluent gas, helium, neon, argon,
Examples include rare gases such as xenon, nitrogen gas, and the like. You may use these individually or in mixture of 2 or more types. When a diluting gas is used, the concentration of the processing gas is preferably 0.001 to 10% by volume in the mixed gas of the processing gas and the inert gas, and more preferably 0.001 to 0.3%.
% By volume.

【0037】本発明の放電プラズマ処理装置で処理でき
る被処理基材としては、ポリエチレン、ポリプロピレ
ン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテ
レフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、アクリル
樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、金属等が
挙げられる。基材の形状としては、板状、フィルム状等
のものが挙げられるが、特にこれらに限定されない。本
発明の表面処理方法によれば、様々な形状を有する基材
の処理に容易に対応することができる。
Examples of the substrate to be treated by the discharge plasma treatment apparatus of the present invention include polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, plastics such as acrylic resin, glass, ceramic, metal and the like. To be Examples of the shape of the substrate include a plate shape and a film shape, but are not particularly limited thereto. According to the surface treatment method of the present invention, it is possible to easily deal with the treatment of substrates having various shapes.

【0038】本発明の装置を用いたパルス電界を用いた
大気圧放電では、全くガス種に依存せず、電極間におい
て直接大気圧下で放電を生じせしめることが可能であ
り、より単純化された電極構造、放電手順による大気圧
プラズマ装置、及び処理手法でかつ高速処理を実現する
ことができる。また、パルス周波数、電圧、電極間隔等
のパラメータにより処理に関するパラメータも調整でき
る。
In the atmospheric pressure discharge using a pulsed electric field using the device of the present invention, it is possible to directly generate the discharge between the electrodes under the atmospheric pressure without depending on the gas species, and it is further simplified. It is possible to realize high-speed processing with an electrode structure, an atmospheric pressure plasma device by a discharge procedure, and a processing method. In addition, parameters related to processing can be adjusted by parameters such as pulse frequency, voltage, and electrode interval.

【0039】[0039]

【実施例】本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもので
はない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0040】実施例1 (1)流速分布 図2及び図3に示すガス導入室(整流器)を用い、放電
空間に整流ガスを送り込む際の流速分布を測定した。図
2において、5mmφのガス吹込み口6を設けたガス導
入室5は、幅100mm×長さ140mm×高さ200
mmで、一次室10と二次室11に分割され、一次ガス
吹き出し口12は、2mmφで20mmピッチで6個設
けられ、二次室側には10mmφのプロペラが45度の
角度に8枚回転軸に取り付けられた回転羽根機構が一次
ガス吹き出し口12に対応して3個取り付けられ、ガス
吹き出し口7は、5mm×100mmのスリット状とし
た。ガスとして、10L/minの空気をガス吹込み口
6から一次室10内に導入し、ガス吹き出し口7におけ
る長さ方向の各位置における流速を測定した。その結果
を、プロペラを取り付けない比較例の場合の流速ととも
に図4に示した。
Example 1 (1) Flow velocity distribution Using the gas introduction chamber (rectifier) shown in FIGS. 2 and 3, the flow velocity distribution when the rectified gas was fed into the discharge space was measured. In FIG. 2, the gas introduction chamber 5 provided with the gas injection port 6 of 5 mmφ has a width of 100 mm, a length of 140 mm, and a height of 200.
mm, it is divided into a primary chamber 10 and a secondary chamber 11, six primary gas outlets 12 are provided with a pitch of 2 mmφ and a pitch of 20 mm, and eight propellers of 10 mmφ rotate at an angle of 45 degrees on the secondary chamber side. Three rotary vane mechanisms attached to the shaft were attached corresponding to the primary gas blowout ports 12, and the gas blowout ports 7 had a slit shape of 5 mm × 100 mm. As gas, 10 L / min of air was introduced into the primary chamber 10 through the gas blowing port 6, and the flow velocity at each position in the length direction of the gas blowing port 7 was measured. The result is shown in FIG. 4 together with the flow velocity in the case of the comparative example in which the propeller is not attached.

【0041】図4より明らかなように、二次室にプロペ
ラ機構を設けることによりガス吹き出し口7の各位置に
おける流速は、ほぼ一定となった。一方、二次室にプロ
ペラ機構を設けない場合は、ガス吹き出し口7の各位置
における流速分布に大きな乱れが生じていた。
As is apparent from FIG. 4, by providing the propeller mechanism in the secondary chamber, the flow velocity at each position of the gas outlet 7 became almost constant. On the other hand, when the propeller mechanism was not provided in the secondary chamber, the flow velocity distribution at each position of the gas outlet 7 was greatly disturbed.

【0042】(2)放電プラズマ処理 次に、上記整流器のガス吹き出し口7の大きさを2mm
×100mmのスリットに変更し、平行平板型電極を用
いた放電空間に処理ガスを導入してプラズマ放電処理を
行った。電極としては、固体誘電体としてアルミナを1
mmの厚さに溶射した長さ300mm×幅100mm×
厚み20mmのSUS304製平行平板型電極を2mm
の間隔をおいて平行に設置し、プラズマ吹き出し口から
5mm離れた位置に窒化珪素膜を形成した100mm×
100mm×厚み50μmのウェハーを被処理基材とし
て設置した。装置全体を油回転ポンプで1.333×1
2Paになるまで排気を行った後、アルゴンガスで装
置全体を10.13×104Paにした後、処理ガスと
して、CH3Si(OCH330.2%、CH40.2%
をアルゴンガスにより希釈した混合ガスをガス吹き込み
口6から導入し、放電空間でプラズマ化しウェハー上に
吹き付け、成膜を行ったところ基板上にシロキサン系薄
膜がむらなく均一に形成されていることを目視で確認し
た。なお、電界条件は、パルス立ち上がり速度5μs、
周波数10kHz、ピーク−ピーク電圧20kV、95
kPa下(大気圧下)とした。
(2) Discharge plasma treatment Next, the size of the gas outlet 7 of the rectifier is set to 2 mm.
Change to a slit of × 100mm and use parallel plate type electrodes
Plasma gas treatment by introducing the treatment gas into the discharge space
went. For the electrode, use 1 alumina as a solid dielectric
300 mm long × 100 mm wide sprayed to a thickness of mm
2 mm of SUS304 parallel plate type electrodes with a thickness of 20 mm
Installed in parallel at intervals of
Silicon nitride film formed at a position 5 mm away 100 mm ×
A wafer of 100 mm × 50 μm in thickness is used as a substrate to be processed.
Installed. 1.333 × 1 for the entire device with an oil rotary pump
0 2Evacuate to Pa and then fill with argon gas.
10.13 × 10FourAfter setting to Pa, with the processing gas
And then CH3Si (OCH3)30.2%, CHFour0.2%
Gas injection of mixed gas diluted with argon gas
Introduced through the mouth 6, turned into plasma in the discharge space and placed on the wafer
When sprayed and film-formed, siloxane-based thin film on the substrate
Visually confirm that the film is evenly and uniformly formed.
It was The electric field conditions are pulse rising speed 5 μs,
Frequency 10 kHz, peak-peak voltage 20 kV, 95
It was set under kPa (under atmospheric pressure).

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の放電プラズマ処理装置によれ
ば、放電空簡に整流化した処理ガスを導入することがで
きるので、安定して均一な放電プラズマを発生させるこ
とができ、大面積基板等の処理に有効に用いることがで
きる。
According to the discharge plasma processing apparatus of the present invention, since the processing gas rectified into discharge air can be introduced, a stable and uniform discharge plasma can be generated, and a large area substrate can be produced. Can be effectively used for processing such as.

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

【図1】本発明の放電プラズマ処理装置を説明する模式
的斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a discharge plasma processing apparatus of the present invention.

【図2】ガス導入室の側断面図である。FIG. 2 is a side sectional view of a gas introduction chamber.

【図3】ガス導入室の下部よりみた一部透視の模式的斜
視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view of a part of the gas introduction chamber seen from below.

【図4】実施例における流速分布の結果を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a result of a flow velocity distribution in the example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 電極 3 放電空間 4 プラズマ吹き出し口 5 ガス導入室 6 ガス吹き込み口 7 ガス吹き出し口 10 一次ガス室 11 二次ガス室 12 一次ガス吹き出し口 13 プロペラ(回転羽根) 14 回転軸 20 被処理基材 1 and 2 electrodes 3 discharge space 4 Plasma outlet 5 Gas introduction chamber 6 gas inlet 7 gas outlet 10 Primary gas chamber 11 Secondary gas chamber 12 Primary gas outlet 13 Propeller (rotary blade) 14 rotation axis 20 substrate

フロントページの続き Fターム(参考) 4G075 AA24 BC01 BC04 BD03 CA14 CA16 DA02 EB01 EB42 ED02 ED06 ED08 FC15 4K030 EA03 FA03 JA09 JA11 JA13 JA14 KA12 KA14 KA15 KA47 5F045 AA08 AC01 AC07 AE25 BB01 EE20 EF13 EH08 EH13 EH18 EH19 Continued front page    F-term (reference) 4G075 AA24 BC01 BC04 BD03 CA14                       CA16 DA02 EB01 EB42 ED02                       ED06 ED08 FC15                 4K030 EA03 FA03 JA09 JA11 JA13                       JA14 KA12 KA14 KA15 KA47                 5F045 AA08 AC01 AC07 AE25 BB01                       EE20 EF13 EH08 EH13 EH18                       EH19

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対向電極間に処理ガスを導入し、電界を
印加してグロー放電プラズマを発生するようになされた
放電プラズマ処理装置において、対向電極間への処理ガ
スの導入が、回転羽根による整流機構により電極間に均
一に導入することができるようになされていることを特
徴とする放電プラズマ処理装置。
1. In a discharge plasma processing apparatus configured to introduce a processing gas between opposed electrodes and apply an electric field to generate glow discharge plasma, the processing gas is introduced between the opposed electrodes by rotating blades. A discharge plasma processing apparatus characterized in that it can be uniformly introduced between electrodes by a rectifying mechanism.
【請求項2】 対向電極が、対向電極の対向面の少なく
とも一方が固体誘電体で被覆されている電極であること
を特徴とする請求項1に記載の放電プラズマ処理装置。
2. The discharge plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the counter electrode is an electrode in which at least one of the counter surfaces of the counter electrode is covered with a solid dielectric.
【請求項3】 グロー放電プラズマの発生が、大気圧近
傍の圧力下で行われることを特徴とする請求項1又は2
に記載の放電プラズマ処理装置。
3. The glow discharge plasma is generated under a pressure near atmospheric pressure.
The discharge plasma processing apparatus according to.
【請求項4】 対向電極が平行平板型電極であって、発
生した放電プラズマを放電空間外に設置された被処理基
板に吹き付けるようになされていることを特徴とする請
求項1〜3のいずれか1項に記載の放電プラズマ処理装
置。
4. The counter electrode is a parallel plate type electrode, and the generated discharge plasma is blown onto a substrate to be processed placed outside the discharge space. The discharge plasma processing apparatus according to item 1.
【請求項5】 電界が、電圧立ち上がり時間が10μs
以下、電界強度が10〜1000kV/cmのパルス状
の電界であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
1項に記載の放電プラズマ処理装置。
5. The electric field has a voltage rise time of 10 μs.
The discharge plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the electric field strength is a pulsed electric field having an electric field intensity of 10 to 1000 kV / cm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004006511A (en) * 2002-05-31 2004-01-08 Toppan Printing Co Ltd Plasma processing apparatus

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