JP2005072345A - Device and method for plasma treatment - Google Patents

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俊夫 後藤
Masaru Hori
勝 堀
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for plasma treatment by which plasma of a higher density can be obtained in a state where the rise of manufacturing cost or the occurrence of damages is suppressed. <P>SOLUTION: The device is provided with a lower electrode 102 on which a substrate W to be treated is placed and an upper electrode 103 which is disposed to face the lower electrode 102 in a hermetically sealable treatment chamber 101. The lower and upper electrodes 102 and 103 are fixed in the chamber 101 in insulated and separated states. High-frequency power can be supplied across the electrodes 103 and 102 from a high-frequency power source 106. In addition, a field emission type electron supplying source 110 constituted of, for example, a plurality of carbon nanotubes is provided on the surface facing the lower electrode 102 of the upper electrode 103 which becomes an anode. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高い密度のプラズマ生成を可能としたプラズマ処理装置及びプラズマ処理法に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of generating high density plasma.

半導体装置やフラットパネルディスプレイの製造において、酸化膜の形成や半導体層の結晶成長、エッチング、またアッシングなどの処理を行うために、平行平板プラズマ処理装置や、誘導結合プラズマ処理装置など、種々のプラズマ処理装置が用いられている。一例として、平行平板プラズマ処理装置について説明すると、図7に示すようなプラズマ装置がある(特許文献1,2,3,4参照)。   In the manufacture of semiconductor devices and flat panel displays, various plasmas such as parallel plate plasma processing devices and inductively coupled plasma processing devices are used to perform oxide film formation, semiconductor layer crystal growth, etching, and ashing. A processing device is used. As an example, a parallel plate plasma processing apparatus will be described. There is a plasma apparatus as shown in FIG. 7 (see Patent Documents 1, 2, 3, and 4).

この装置について概略を簡単に説明すると、密閉可能な処理室701の内部に、処理対象の基板Wが載置される下部電極702,下部電極702に対向配置される上部電極703を備えている。例えば、まず、排気口704に連通する図示しない排気装置により処理室701内を真空排気し、また、ガス導入口705より所定のガスを導入し、処理室701内を所定の圧力とする。この状態で、高周波電源706より整合器707を介し、下部電極702に高周波電力を供給することで、下部電極702と上部電極703との間に上記ガスによるプラズマを生成することができる。   The outline of this apparatus will be briefly described. Inside the sealable processing chamber 701, a lower electrode 702 on which a substrate W to be processed is placed and an upper electrode 703 arranged to face the lower electrode 702 are provided. For example, first, the inside of the processing chamber 701 is evacuated by an exhaust device (not shown) communicating with the exhaust port 704, and a predetermined gas is introduced from the gas introduction port 705 to set the inside of the processing chamber 701 to a predetermined pressure. In this state, high-frequency power is supplied from the high-frequency power source 706 to the lower electrode 702 via the matching unit 707, so that plasma of the gas can be generated between the lower electrode 702 and the upper electrode 703.

なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
特開平06−068839号公報 特開平07−074115号公報 特開平08−148295号公報 特開2001−156051号公報
The applicant has not yet found prior art documents related to the present invention by the time of filing other than the prior art documents specified by the prior art document information described in this specification.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-068839 Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-074115 Japanese Patent Laid-Open No. 08-148295 JP 2001-156051 A

上述したようなプラズマ処理装置において、処理の速度を向上させることは重要な技術課題であり、この一つとして、プラズマ密度を高めることがある。装置の構成を変更することなくプラズマ密度を高めようとすると、例えば、高周波電力のパワーを高くすることや、ガスの供給量を増加させることなどが考えられる。しかしながら、これらのことは製造コストの上昇を招くことになる。また、高周波のパワーを高くすると、例えば、プラズマより生成して処理対象の基板に作用するイオンの入射エネルギーの上昇を招き、基板へのダメージなどが問題となる場合もある。   In the plasma processing apparatus as described above, it is an important technical problem to improve the processing speed, and one of them is to increase the plasma density. In order to increase the plasma density without changing the configuration of the apparatus, for example, it is conceivable to increase the power of the high-frequency power or increase the gas supply amount. However, these cause an increase in manufacturing cost. Further, when the high frequency power is increased, for example, the incident energy of ions generated from plasma and acting on the substrate to be processed is increased, and damage to the substrate may become a problem.

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、製造コストの上昇やダメージの発生などを抑制した状態で、より高い密度のプラズマが得られるようにすることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a plasma with a higher density while suppressing an increase in manufacturing cost and occurrence of damage. And

本発明のプラズマ処理装置は、処理容器内でプラズマを発生さ、発生したプラズマの作用により所定の処理を行うプラズマ処理装置において、処理容器内に配置された電界放出型の電子供給源を備えるようにしたものである。
この装置では、発生したプラズマ中に、電子供給源より電子が供給される。
The plasma processing apparatus of the present invention is a plasma processing apparatus that generates plasma in a processing container and performs a predetermined processing by the action of the generated plasma, and includes a field emission type electron supply source disposed in the processing container. It is a thing.
In this apparatus, electrons are supplied from an electron supply source into the generated plasma.

上記プラズマ処理装置は、処理容器内に配置されたアノードとなるアノード電極と、このアノード電極に対向配置されたカソード電極と、アノード電極とカソード電極との間に電力を供給する電力供給手段と、処理容器内を排気して所定の圧力にまで減圧する排気手段と、処理容器内に所望のガスを導入するガス導入部とを少なくとも備えたものである。   The plasma processing apparatus includes an anode electrode serving as an anode disposed in a processing container, a cathode electrode disposed opposite to the anode electrode, and a power supply unit that supplies power between the anode electrode and the cathode electrode, An exhaust unit that exhausts the inside of the processing container to reduce the pressure to a predetermined pressure and a gas introduction unit that introduces a desired gas into the processing container are provided.

上記プラズマ処理装置において、電子供給源は、アノード電極のカソード電極との対向面に設けられた複数のカーボンナノ構造体から構成されたものであればよい。また、電子供給源は、アノード電極とカソード電極との間の空間を取り巻く領域に配置され、空間に向く面に複数のカーボンナノ構造体が設けられた電極構造体であってもよい。この場合、カーボンナノ構造体は、カーボンナノチューブであればよい。また、カーボンナノホーンやカーボンナノウォールであってもよい。   In the plasma processing apparatus, the electron supply source only needs to be composed of a plurality of carbon nanostructures provided on the surface of the anode electrode facing the cathode electrode. Further, the electron supply source may be an electrode structure that is disposed in a region surrounding a space between the anode electrode and the cathode electrode, and a plurality of carbon nanostructures are provided on a surface facing the space. In this case, the carbon nanostructure may be a carbon nanotube. Carbon nanohorns and carbon nanowalls may also be used.

また、本発明のプラズマ処理方法は、処理容器内に配置されたアノードとなるアノード電極と、このアノード電極に対向配置されたカソード電極と、アノード電極とカソード電極との間に電力を供給する電力供給手段と、処理容器内を排気して所定の圧力にまで減圧する排気手段と、処理容器内に所望のガスを導入するガス導入部とを少なくとも備え、処理容器内でプラズマを発生させて発生させたプラズマの作用により所定の処理を行うプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、アノード電極を加熱した状態で、ガス導入部より処理容器内にカーボンソースガスを導入することで、アノード電極のカソード電極との対向面に、化学的気相成長法によりカーボンナノチューブを成長させる第1の工程と、排気手段により処理容器内を所定の圧力に減圧した状態でガス導入部より処理容器内に所定のガスを導入し、アノード電極とカソード電極とに電力供給手段により電力を供給し、アノード電極とカソード電極との間に所定のガスのプラズマを生成する第2の工程とを少なくとも備えたものである。
この方法によれば、発生させたプラズマ中に、電子供給源より電子が供給される。
The plasma processing method of the present invention also includes an anode electrode serving as an anode disposed in a processing container, a cathode electrode disposed opposite to the anode electrode, and power for supplying power between the anode electrode and the cathode electrode. At least a supply means, an exhaust means for exhausting the inside of the processing container to reduce the pressure to a predetermined pressure, and a gas introduction part for introducing a desired gas into the processing container, and generating plasma in the processing container A plasma processing method using a plasma processing apparatus that performs a predetermined process by the action of the plasma that has been generated, in which a carbon source gas is introduced into a processing vessel from a gas introduction unit while the anode electrode is heated, whereby an anode A first step of growing carbon nanotubes by a chemical vapor deposition method on a surface of the electrode facing the cathode electrode; In a state where the pressure is reduced to a predetermined pressure, a predetermined gas is introduced into the processing vessel from the gas introduction unit, power is supplied to the anode electrode and the cathode electrode by the power supply means, and a predetermined amount is provided between the anode electrode and the cathode electrode. And a second step of generating a plasma of the gas.
According to this method, electrons are supplied from the electron supply source into the generated plasma.

本発明によれば、電子供給源を処理容器内に設けるようにしたので、例えばプラズマ中に低エネルギーの電子を供給することが可能となる。この結果、本発明によれば、供給するガス量を増やすこと無く、また、供給する電力を大きくすることがない状態で、より高い密度のプラズマを生成することが可能となる。このように、本発明によれば、製造コストの上昇やダメージの発生などを抑制した状態で、より高い密度のプラズマが得られるという優れた効果が得られる。   According to the present invention, since the electron supply source is provided in the processing container, for example, low energy electrons can be supplied into the plasma. As a result, according to the present invention, it is possible to generate plasma with a higher density without increasing the amount of gas to be supplied and without increasing the power to be supplied. As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that a plasma having a higher density can be obtained in a state where an increase in manufacturing cost and generation of damage are suppressed.

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略的な構成例を示す構成図である。このプラズマ処理装置は、まず、密閉可能な処理室101の内部に、処理対象の基板Wが載置される下部電極(カソード電極)102,下部電極102に対向配置される上部電極(アノード電極)103を備えている。下部電極102,上部電極103は、各々処理室101の内部で絶縁分離された状態で固定されている。なお、下部電極102と上部電極103との上下関係は、入れ替えても同様である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration example of a plasma processing apparatus in an embodiment of the present invention. In this plasma processing apparatus, first, in a sealable processing chamber 101, a lower electrode (cathode electrode) 102 on which a substrate W to be processed is placed, and an upper electrode (anode electrode) disposed to face the lower electrode 102 are disposed. 103. The lower electrode 102 and the upper electrode 103 are fixed in a state where they are insulated and separated inside the processing chamber 101. Note that the vertical relationship between the lower electrode 102 and the upper electrode 103 is the same even if they are interchanged.

処理室101の内部は、排気口104に連通する図示しない排気装置により減圧可能とされている。また、処理室101の内部には、ガス導入口105により所定のガスを導入可能とされている。例えば、ガス導入口105に、マスフローコントローラやバルブなどを設けた配管を接続し、これに所望のガスが収容されたガスボンベなどを接続することで、処理室101内に所望のガスが供給できる。   The inside of the processing chamber 101 can be decompressed by an exhaust device (not shown) communicating with the exhaust port 104. A predetermined gas can be introduced into the processing chamber 101 through a gas inlet 105. For example, a desired gas can be supplied into the processing chamber 101 by connecting a pipe provided with a mass flow controller, a valve, or the like to the gas introduction port 105 and connecting a gas cylinder or the like in which the desired gas is stored.

また、上部電極103と下部電極102との間には、高周波電源106より高周波電力が供給可能とされている。高周波電源106より出力される高周波電力は、整合器107を介して下部電極102に供給される。また、上部電極103は、接地電位に接続されている。処理室101は、接地電位に接続されていてもよい。
加えて、本実施の形態のプラズマ処理装置では、アノードとなる上部電極103の下部電極102との対向面に、例えば複数のカーボンナノチューブから構成された電界放出型の電子供給源110を備える。
Further, high frequency power can be supplied from the high frequency power source 106 between the upper electrode 103 and the lower electrode 102. The high frequency power output from the high frequency power source 106 is supplied to the lower electrode 102 via the matching unit 107. The upper electrode 103 is connected to the ground potential. The processing chamber 101 may be connected to a ground potential.
In addition, the plasma processing apparatus of the present embodiment includes a field emission type electron supply source 110 made of, for example, a plurality of carbon nanotubes on the surface of the upper electrode 103 serving as an anode facing the lower electrode 102.

図1に示した本実施の形態のプラズマ処理装置の動作例について説明すると、まず、排気口104に連通する図示しない排気装置により処理室101内を真空排気し、また、ガス導入口105より所定のガスを導入し、処理室101内を所定の圧力とする。この状態で、高周波電源106より整合器107を介し、下部電極102に高周波電力(13.56〜100MHz)を供給することで、処理室101内に上記ガスによるプラズマが生成される。   An example of the operation of the plasma processing apparatus of the present embodiment shown in FIG. Gas is introduced, and the inside of the processing chamber 101 is set to a predetermined pressure. In this state, high-frequency power (13.56 to 100 MHz) is supplied from the high-frequency power source 106 to the lower electrode 102 via the matching unit 107, thereby generating plasma using the gas in the processing chamber 101.

このとき、上部電極103に設けられた電子供給源110を構成するカーボンナノチューブと、生成されたプラズマとの間には電界が形成される。このことにより、例えば、カーボンナノチューブの先端部分には高電界が集中し、このことにより、先端部分より電子が放出されるようになり、放出された電子がプラズマ中に供給されるようになる。また、供給される電子は、プラズマによって生成される電子に比較して低エネルギーである。   At this time, an electric field is formed between the carbon nanotubes constituting the electron supply source 110 provided in the upper electrode 103 and the generated plasma. As a result, for example, a high electric field concentrates on the tip portion of the carbon nanotube, and as a result, electrons are emitted from the tip portion, and the emitted electrons are supplied into the plasma. Further, the supplied electrons have lower energy than electrons generated by plasma.

この結果、上部電極103と下部電極102とに挟まれた空間に生成されているプラズマにおいては、より多くの電子が供給されるようになり、プラズマ密度が高い状態となる。本実施の形態にプラズマ生成装置によれば、ガス供給量,高周波電力の供給量を同一とした場合でも、電子供給源110を設けない場合に比較して、一桁以上プラズマ密度を高くすることが可能となる。また、供給される電子はエネルギーが低い状態であるので、処理対象の基板に対し、ダメージを増加させることがない。   As a result, in the plasma generated in the space between the upper electrode 103 and the lower electrode 102, more electrons are supplied and the plasma density is high. According to the plasma generation apparatus of the present embodiment, even when the gas supply amount and the high-frequency power supply amount are the same, the plasma density is increased by one digit or more compared to the case where the electron supply source 110 is not provided. Is possible. In addition, since the supplied electrons are in a low energy state, damage to the substrate to be processed is not increased.

ところで、図1のプラズマ生成装置では、上部電極103を接地電位に接続するようにしたが、これに限るものではない。
図2は、本発明の他の形態におけるプラズマ生成装置の概略的な構成例を示す構成図である。本装置では、上部電極103に整合器202を介して高周波電源201を接続し、上部電極103に高周波電力(13.56〜100MHz)を供給するようにしたものである。例えば、上部電極103に下部電極102とは異なる周波数の高周波電力を供給することで、安定に動作し、上部電極103に対して擬似的に直流バイアスを印加した状態とすることができる。
Incidentally, in the plasma generating apparatus of FIG. 1, the upper electrode 103 is connected to the ground potential, but the present invention is not limited to this.
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration example of a plasma generating apparatus according to another embodiment of the present invention. In this apparatus, a high frequency power source 201 is connected to the upper electrode 103 via a matching unit 202, and high frequency power (13.56 to 100 MHz) is supplied to the upper electrode 103. For example, by supplying high-frequency power having a frequency different from that of the lower electrode 102 to the upper electrode 103, the upper electrode 103 can operate stably, and a pseudo DC bias can be applied to the upper electrode 103.

例えば、高周波電源201より供給される電力の周波数を変化させると、生成されているプラズマと上部電極103との間の電界強度を制御できるようになる。電界強度を制御することで、電子供給源110より放出される電子のエネルギーを制御できるようになる。加えて、上部電極103と下部電極102とに供給する高周波電力のパワーを異なるものとすることで、電子供給源110より放出される電子の放出量を制御できる。なお、図2において、図1と同一の構成については同一の符号を付けてあり、説明は省略する。   For example, when the frequency of the electric power supplied from the high frequency power supply 201 is changed, the electric field strength between the generated plasma and the upper electrode 103 can be controlled. By controlling the electric field strength, the energy of electrons emitted from the electron supply source 110 can be controlled. In addition, by making the high frequency power supplied to the upper electrode 103 and the lower electrode 102 different, the amount of electrons emitted from the electron supply source 110 can be controlled. In FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

また、図3に示すように、400kHz程度の低周波の電力を供給する電源301を付加し、高周波電源201と電源301とを干渉抑制回路303で並列に接続し、高周波電力の供給とともに、電源301からの電源を整合器302を介して供給するようにしてもよい。なお、図3において、図1と同一の構成については同一の符号を付けてあり、説明は省略する。   Further, as shown in FIG. 3, a power supply 301 for supplying low frequency power of about 400 kHz is added, and the high frequency power supply 201 and the power supply 301 are connected in parallel by an interference suppression circuit 303. The power from 301 may be supplied via the matching unit 302. In FIG. 3, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

また、図4に示すように、対向して配置されている下部電極102と上部電極103とで挟まれた空間の側方に、新たに接地電位に接続された電極構造体411を設け、電極構造体411のプラズマに向かう面に、例えば複数のカーボンナノチューブからなる電子供給源410を設けるようにしてもよい。電極構造体411は、処理室101の側面であってもよい。このとき、処理室101は、接地電位に接続される。なお、図4において、図1と同一の構成については同一の符号を付けてあり、説明は省略する。   Further, as shown in FIG. 4, an electrode structure 411 newly connected to the ground potential is provided on the side of the space sandwiched between the lower electrode 102 and the upper electrode 103 disposed so as to face each other. You may make it provide the electron supply source 410 which consists of a some carbon nanotube in the surface which goes to the plasma of the structure 411, for example. The electrode structure 411 may be a side surface of the processing chamber 101. At this time, the processing chamber 101 is connected to the ground potential. In FIG. 4, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

図4に示すように、上部電極103の電子供給源110に加えて、側部の電極構造体411の電子供給源410を加えることで、より高い電子供給の効果が得られるようになる。なお、図4に示す構成において、上部電極103の下部電極102との対向面には電子供給源を設けず、側部の電極構造体411のみに電子供給源410を設けるようにしても良いことは言うまでもない。   As shown in FIG. 4, by adding the electron supply source 410 of the side electrode structure 411 in addition to the electron supply source 110 of the upper electrode 103, a higher electron supply effect can be obtained. In the configuration shown in FIG. 4, the electron supply source 410 may be provided only on the side electrode structure 411 without providing the electron supply source on the surface of the upper electrode 103 facing the lower electrode 102. Needless to say.

次に、電子供給源として用いるカーボンナノチューブの形成に関して説明する。
カーボンナノチューブは、完全にグラファイト化した直径4〜50nm程度で長さ1〜10μm程度の筒状の物体である。このような形状のカーボンナノチューブは、単層の構造と、複数の層が積層した同軸多層構造のものとがある。これら円筒状の中心部分は、空洞となっている。また、先端部は、閉じているものものや、折れるなどのことにより開放しているものもある。
Next, formation of carbon nanotubes used as an electron supply source will be described.
The carbon nanotube is a completely graphitized cylindrical object having a diameter of about 4 to 50 nm and a length of about 1 to 10 μm. Carbon nanotubes having such a shape include a single-layer structure and a coaxial multilayer structure in which a plurality of layers are stacked. These cylindrical central portions are hollow. In addition, there is a tip portion that is closed or a tip portion that is opened by being broken.

このような独特の形状を持つカーボンナノチューブは、電子放出源として用いることが可能である。カーボンナノチューブは、先端の曲率半径がnmオーダと非常に鋭利であり、しかも化学的に安定で機械的にも強靱であるなど、電界放出源として適した物理的性質を有している。
このような特徴を持つカーボンナノチューブは、例えば、カーボンソースガスを用いた化学的気相成長(CVD)法により、ニッケルやコバルトなどの触媒金属の存在する基板の上に成長させることで形成できる(文献:特開2001−048512号公報)。
Carbon nanotubes having such a unique shape can be used as an electron emission source. Carbon nanotubes have physical properties suitable as a field emission source, such as the sharp radius of curvature at the tip, on the order of nm, and being chemically stable and mechanically tough.
Carbon nanotubes having such characteristics can be formed, for example, by growing them on a substrate on which a catalytic metal such as nickel or cobalt is present by a chemical vapor deposition (CVD) method using a carbon source gas ( Document: JP 2001-048512 A).

例えば、上部電極として426合金などのステンレス鋼からなる基板を用意し、これを例えば石英管などから構成された反応炉の内部に載置し、反応炉の一方よりカーボンソースガスと水素ガス(キャリアガス)を流した状態で、上記基板を600〜900℃に加熱する。この化学的気相成長工程において、カーボンソースガスとして一酸化炭素ガスを用い、流量は、500sccm程度とすればよい。また、キャリアガスの流量は、1000sccmとすればよい。
これらのことにより、基板の表面に複数のカーボンナノチューブが形成された状態が得られる。
For example, a substrate made of stainless steel such as 426 alloy is prepared as an upper electrode, and this is placed inside a reaction furnace composed of, for example, a quartz tube, and a carbon source gas and a hydrogen gas (carrier) are supplied from one of the reaction furnaces. The substrate is heated to 600 to 900 ° C. in a state of flowing gas. In this chemical vapor deposition process, carbon monoxide gas may be used as the carbon source gas, and the flow rate may be about 500 sccm. The carrier gas flow rate may be 1000 sccm.
As a result, a state in which a plurality of carbon nanotubes are formed on the surface of the substrate can be obtained.

なお、カーボンソースガスとして、アセチレン,エチレン,エタン,プロピレン,プロパン,またはメタンガスなどのCxy(x=1〜3)の炭化水素ガスを用いることも可能である。また、基板は、ステンレス鋼に限らず、カーボンナノチューブを形成しようとする基板の表面が、化学的気相成長法によりカーボンナノチューブが成長する金属(触媒金属)を含む材料で構成されていればよい。この金属は、例えば鉄,ニッケル,コバルト,クロムのいずれか、もしくはこれらの合金であればよい。 It is also possible to use C x H y (x = 1 to 3) hydrocarbon gas such as acetylene, ethylene, ethane, propylene, propane, or methane gas as the carbon source gas. The substrate is not limited to stainless steel, and the surface of the substrate on which carbon nanotubes are to be formed only needs to be made of a material containing a metal (catalytic metal) on which carbon nanotubes grow by chemical vapor deposition. . This metal may be any of iron, nickel, cobalt, chromium, or an alloy thereof.

また、一般には、上部電極などにはアルミニウムもしくはこの合金、あるいはSiXやカーボングラファイト板を用いる場合が多い。このような場合、アルミニウムから構成された上部電極の表面に、複数の触媒金属の微細パターンを用意し、これらのカーボンナノチューブを成長させるようにしてもよい。例えば、まず、図5(a)に示すように、アルミニウム基板501の表面に、所定の間隔で複数の触媒金属パターン502を形成する。触媒金属パターン502は、例えば、触媒金属膜を形成した後、公知のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術とにより加工することで形成できる。   In general, aluminum or an alloy thereof, SiX or a carbon graphite plate is often used for the upper electrode. In such a case, a fine pattern of a plurality of catalytic metals may be prepared on the surface of the upper electrode made of aluminum, and these carbon nanotubes may be grown. For example, first, as shown in FIG. 5A, a plurality of catalyst metal patterns 502 are formed on the surface of the aluminum substrate 501 at predetermined intervals. The catalytic metal pattern 502 can be formed, for example, by forming a catalytic metal film and then processing it by a known photolithography technique and etching technique.

次いで、アルミニウム基板501を上述した反応炉内に載置し、反応炉の一方よりカーボンソースガスとキャリアガスを流した状態で、アルミニウム基板501を所定の温度に加熱する。このことにより、図5(b)に示すように、各々の触媒金属パターン502の上に、カーボンナノチューブ503が成長する。このようにすることで、カーボンナノチューブが形成されたアルミニウム基板を用いることで、図1に示すプラズマ処理装置の上部電極103を形成することができる。   Next, the aluminum substrate 501 is placed in the above-described reaction furnace, and the aluminum substrate 501 is heated to a predetermined temperature in a state where a carbon source gas and a carrier gas are flowed from one of the reaction furnaces. As a result, as shown in FIG. 5B, carbon nanotubes 503 grow on each catalytic metal pattern 502. Thus, the upper electrode 103 of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1 can be formed by using an aluminum substrate on which carbon nanotubes are formed.

ところで、プラズマ処理装置に組み込まれている上部電極に、プラズマ処理装置にカーボンソースガスを導入することで、カーボンナノチューブを形成するようにしてもよい。例えば、図6に示すように、上部電極103にヒータ601を内蔵し、上部電極103を加熱可能とすることで、上部電極103の対向面にカーボンナノチューブからなる電子供給源110を形成することが可能となる。ここで、上部電極103は、例えばSUS(ステンレス鋼)から構成されているものとする。なお、図6において、図1と同一の構成については同一の符号を付けてあり、説明は省略する。   Incidentally, carbon nanotubes may be formed by introducing a carbon source gas into the plasma processing apparatus into the upper electrode incorporated in the plasma processing apparatus. For example, as shown in FIG. 6, an electron supply source 110 made of carbon nanotubes can be formed on the opposing surface of the upper electrode 103 by incorporating a heater 601 in the upper electrode 103 so that the upper electrode 103 can be heated. It becomes possible. Here, it is assumed that the upper electrode 103 is made of, for example, SUS (stainless steel). In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

電子供給源110の形成について説明すると、まず、ガス導入口105より上述したカーボンソースガスをキャリアガスとともに導入し、また、ヒータ601により上部電極103を所定温度(400〜600℃)に加熱する。このことにより、上部電極103の下部電極102に対向する面に、カーボンナノチューブを成長させることができる。このとき、処理室101の内部を所定の圧力に減圧し、高周波電源106より高周波電力を下部電極102に供給し、あるいは上部電極103に高周波電力を供給して下部電極102と上部電極103との間にプラズマを生成することで、プラズマCVD法によりカーボンナノチューブを形成するようにしてもよい。高周波電源106は、例えば、スイッチ切り替えによって、電力の供給を下部電極102と上部電極103とのいずれかに切り替えることができる。   The formation of the electron supply source 110 will be described. First, the carbon source gas described above is introduced together with the carrier gas from the gas introduction port 105, and the upper electrode 103 is heated to a predetermined temperature (400 to 600 ° C.) by the heater 601. Thus, carbon nanotubes can be grown on the surface of the upper electrode 103 facing the lower electrode 102. At this time, the inside of the processing chamber 101 is depressurized to a predetermined pressure, and high frequency power is supplied from the high frequency power source 106 to the lower electrode 102 or high frequency power is supplied to the upper electrode 103 so that the lower electrode 102 and the upper electrode 103 Carbon nanotubes may be formed by plasma CVD by generating plasma in between. The high-frequency power source 106 can switch the power supply to either the lower electrode 102 or the upper electrode 103 by switching, for example.

以上説明したように、処理室101に設けられている上部電極103にカーボンナノチューブを形成することで、本プラズマ処理装置を用いた種々のプラズマ処理を行うときに、所定のプロセスサイクル毎にカーボンナノチューブを新たに形成することができる。例えば、カーボンナノチューブが消耗されるプラズマ処理を行う場合であっても、上述したことにより、上部電極103に電子供給源110が設けられている状態が維持できる。   As described above, by forming carbon nanotubes on the upper electrode 103 provided in the processing chamber 101, when performing various plasma treatments using this plasma processing apparatus, the carbon nanotubes are provided for each predetermined process cycle. Can be newly formed. For example, even in the case of performing the plasma treatment in which the carbon nanotubes are consumed, the state in which the electron supply source 110 is provided on the upper electrode 103 can be maintained by the above.

ところで、上述では、電子供給源にカーボンナノチューブを用いるようにしたが、これに限るものではない。電界放出型の電子供給源を構成する材料として、例えばカーボンナノホーンやカーボンナノウォールなど、他の形態のカーボンナノ構造体であってもよい。また、上述では、鉄,ニッケル,コバルト,クロムのいずれか、もしくはこれらの合金を含む基板に、カーボンナノチューブを成長させるようにしたが、カーボンソースを用いたCVD法によれば、金属シリサイドにもカーボンナノチューブは成長する。   In the above description, carbon nanotubes are used as the electron supply source, but the present invention is not limited to this. The material constituting the field emission type electron supply source may be another form of carbon nanostructure such as carbon nanohorn or carbon nanowall. In the above description, carbon nanotubes are grown on a substrate containing iron, nickel, cobalt, chromium, or an alloy thereof. However, according to the CVD method using a carbon source, metal silicide is also used. Carbon nanotubes grow.

以上に説明した本発明のプラズマ処理装置は、例えば、C48,Ar,O2から構成されたガスを用いたプラズマにより絶縁膜をエッチングするプラズマエッチング装置に適用することができる。また、プラズマCVD装置として用いることもできる。このように、本発明のプラズマ処理装置は、集積回路を構成するシリコンの加工や、有機ELディスプレイや液晶ディスプレイの製造に用いることができる。 The plasma processing apparatus of the present invention described above can be applied to, for example, a plasma etching apparatus that etches an insulating film with plasma using a gas composed of C 4 F 8 , Ar, O 2 . It can also be used as a plasma CVD apparatus. As described above, the plasma processing apparatus of the present invention can be used for processing of silicon constituting an integrated circuit and manufacturing of an organic EL display and a liquid crystal display.

本発明の実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the schematic structure of the plasma processing apparatus in embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the schematic structure of the plasma processing apparatus in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the schematic structure of the plasma processing apparatus in other embodiment of this invention. 本発明の他の実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the schematic structure of the plasma processing apparatus in other embodiment of this invention. カーボンナノチューブの製造法法例を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method example of a carbon nanotube. 本発明の他の実施の形態におけるプラズマ処理装置の概略的な構成を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the schematic structure of the plasma processing apparatus in other embodiment of this invention. 従来よりあるプラズマ処理装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the conventional plasma processing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

101…処理室、102…下部電極、103…上部電極、104…ガス導入口、105…ガス導入口、106…高周波電源、107…整合器、110…電子供給源。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Processing chamber, 102 ... Lower electrode, 103 ... Upper electrode, 104 ... Gas inlet, 105 ... Gas inlet, 106 ... High frequency power supply, 107 ... Matching device, 110 ... Electron supply source

Claims (6)

処理容器内でプラズマを発生させて発生させたプラズマの作用により所定の処理を行うプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に配置された電界放出型の電子供給源
を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
In a plasma processing apparatus that performs predetermined processing by the action of plasma generated by generating plasma in a processing container,
A plasma processing apparatus comprising a field emission type electron supply source disposed in the processing container.
請求項1記載のプラズマ処理装置において、
前記処理容器内に配置されたアノードとなるアノード電極と、
このアノード電極に対向配置されたカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に電力を供給する電力供給手段と、
前記処理容器内を排気して所定の圧力にまで減圧する排気手段と、
前記処理容器内に所望のガスを導入するガス導入部と
を少なくとも備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1,
An anode electrode serving as an anode disposed in the processing vessel;
A cathode electrode disposed opposite to the anode electrode;
Power supply means for supplying power between the anode electrode and the cathode electrode;
Evacuation means for evacuating the processing vessel to reduce the pressure to a predetermined pressure;
A plasma processing apparatus comprising at least a gas introduction part for introducing a desired gas into the processing container.
請求項2記載のプラズマ処理装置において、
前記電子供給源は、前記アノード電極の前記カソード電極との対向面に設けられた複数のカーボンナノ構造体から構成されたことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The plasma processing apparatus, wherein the electron supply source is composed of a plurality of carbon nanostructures provided on a surface of the anode electrode facing the cathode electrode.
請求項2記載のプラズマ処理装置において、
前記電子供給源は、前記アノード電極と前記カソード電極との間の空間を取り巻く領域に配置され、前記空間に向く面に複数のカーボンナノ構造体が設けられた電極構造体である
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The electron supply source is an electrode structure that is disposed in a region surrounding a space between the anode electrode and the cathode electrode, and is provided with a plurality of carbon nanostructures on a surface facing the space. Plasma processing equipment.
請求項3又は4記載のプラズマ処理装置において、
前記カーボンナノ構造体は、カーボンナノチューブである
ことを特徴とするプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 3 or 4,
The plasma processing apparatus, wherein the carbon nanostructure is a carbon nanotube.
処理容器内に配置されたアノードとなるアノード電極と、
このアノード電極に対向配置されたカソード電極と、
前記アノード電極と前記カソード電極との間に電力を供給する電力供給手段と、
前記処理容器内を排気して所定の圧力にまで減圧する排気手段と、
前記処理容器内に所望のガスを導入するガス導入部と
を少なくとも備え、前記処理容器内でプラズマを発生させて発生させたプラズマの作用により所定の処理を行うプラズマ処理装置を用いたプラズマ処理方法であって、
前記アノード電極を加熱した状態で、前記ガス導入部より前記処理容器内にカーボンソースガスを導入することで、前記アノード電極の前記カソード電極との対向面に、化学的気相成長法によりカーボンナノチューブを成長させる第1の工程と、
前記排気手段により前記処理容器内を所定の圧力に減圧した状態で前記ガス導入部より前記処理容器内に所定のガスを導入し、前記アノード電極と前記カソード電極とに前記電力供給手段により電力を供給し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に前記所定のガスのプラズマを生成する第2の工程と
を少なくとも備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
An anode electrode serving as an anode disposed in the processing vessel;
A cathode electrode disposed opposite to the anode electrode;
Power supply means for supplying power between the anode electrode and the cathode electrode;
Evacuation means for evacuating the processing vessel to reduce the pressure to a predetermined pressure;
A plasma processing method using a plasma processing apparatus that includes at least a gas introduction unit that introduces a desired gas into the processing container, and performs a predetermined process by the action of plasma generated by generating plasma in the processing container Because
In the state where the anode electrode is heated, a carbon source gas is introduced into the processing vessel from the gas introduction unit, so that carbon nanotubes are formed on the surface of the anode electrode facing the cathode electrode by chemical vapor deposition. A first step of growing
A predetermined gas is introduced into the processing vessel from the gas introduction part in a state where the inside of the processing vessel is depressurized to a predetermined pressure by the exhaust unit, and power is supplied to the anode electrode and the cathode electrode by the power supply unit. And a second step of generating a plasma of the predetermined gas between the anode electrode and the cathode electrode.
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