JP2010103455A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Shinichi Deo
晋一 出尾
Yuichi Sakai
裕一 坂井
Yukihisa Yoshida
幸久 吉田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a plasma processing apparatus capable of uniformly performing plasma processing such as deposition for a semiconductor or a workpiece having a low resistance value such as conductivity, even in a condition that a gas pressure of a reaction gas is high. <P>SOLUTION: The plasma processing apparatus includes: a plasma generator for generating plasma in a gap between a first electrode 12 and a grounded second electrode 10; a power supply 14 for applying power to the first electrode; and a gas supply source 16 for supplying a reaction gas to the gap between the first electrode and the second electrode. The plasma processing apparatus irradiates the member to be treated which is arranged so that a plasma flow jetting direction from the plasma generator may be substantially perpendicular to the surface to be treated, with the plasma flow obtained by making the reaction gas plasma by circulating the reaction gas in the gap between the first electrode and the second electrode while the power is applied to the first electrode by the power supply. In the plasma processing apparatus, the minimum gap dimension of the gap between the first electrode and the surface to be treated is larger than the minimum gap dimension of the gap between the first electrode and the second electrode in the vicinity of a jetting portion for jetting the plasma flow in the plasma generator. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関するものである。   The present invention relates to a plasma processing apparatus.

従来、プラズマを用いた技術として、被処理部材の表面に成膜する技術や、被処理部材の表面を加工する技術などがある。プラズマを用いたプラズマ処理装置として、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において薄膜を成膜するプラズマ処理装置がある。このような技術として、大気圧近傍の高い圧力下で均一なプラズマを形成するために、アースに接地された試料基板を互いに対向した2つの電極間に配置し、反応ガスを多孔質の電極を介して試料基板に向けて吹きつけ、2つの電極間に高周波電力を加えて電極と試料基板間にプラズマを励起させて成膜を行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。そして、この特許文献1では、試料基板として1011Ω・cm以上の抵抗率を有する試料基板上にシリコン膜を得る技術が開示されている。 Conventionally, techniques using plasma include a technique for forming a film on the surface of a member to be processed, and a technique for processing the surface of the member to be processed. As a plasma processing apparatus using plasma, for example, there is a plasma processing apparatus that forms a thin film under a relatively high pressure of 10 Torr or more. As such a technique, in order to form a uniform plasma under a high pressure in the vicinity of atmospheric pressure, a sample substrate grounded to ground is arranged between two electrodes facing each other, and a reactive gas is provided with a porous electrode. There is disclosed a technique in which film formation is performed by spraying toward a sample substrate and applying high-frequency power between two electrodes to excite plasma between the electrode and the sample substrate (see, for example, Patent Document 1). And in this patent document 1, the technique of obtaining a silicon film on the sample substrate which has a resistivity of 10 11 Ω · cm or more as the sample substrate is disclosed.

特開平2−73979号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2-73797

しかしながら、上記従来の技術によれば、反応ガス圧力が高い状態において半導体や導電膜など抵抗の低い膜や基材があると、高周波電極として機能する多孔質基板とアースに接地された基板との間での電界分布が乱れやすくなり、この電界分布が乱れるとプラズマが不均一に発生し、均質な成膜を行うことができない、という問題があった。   However, according to the above conventional technique, when there is a low resistance film or base material such as a semiconductor or a conductive film in a state where the reaction gas pressure is high, a porous substrate functioning as a high frequency electrode and a substrate grounded to the ground There is a problem that the electric field distribution is easily disturbed, and when this electric field distribution is disturbed, plasma is generated non-uniformly and uniform film formation cannot be performed.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、反応ガスのガス圧力が高い条件においても半導体や導電性などの抵抗値の低い被処理部材に対して均一に成膜等のプラズマ処理を行うことができるプラズマ処理装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and plasma processing such as film formation is uniformly applied to a member to be processed having a low resistance value, such as a semiconductor or conductivity, even under a high gas pressure of a reaction gas. It is an object of the present invention to obtain a plasma processing apparatus that can be used.

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるプラズマ処理装置は、第1電極および接地された第2電極との間隙にプラズマを発生させるプラズマ発生器と、前記第1電極に電力を印可する電源と、前記第1電極と第2電極との間隙に反応ガスを供給するガス供給源と、を備え、前記電源により前記第1電極に電力を印加して前記第1電極と前記第2電極との間隙に電界を発生させた状態で前記第1電極と前記第2電極との間隙に前記反応ガスを流通させることにより前記反応ガスをプラズマ化させたプラズマ流を、前記プラズマ流の前記プラズマ発生器からの噴出方向が被処理面と略垂直となるように配置された被処理部材に照射するプラズマ処理装置であって、前記第1電極と前記被処理面との間隙の最小間隙寸法が、前記プラズマ発生器において前記プラズマ流を噴出する噴出部近傍における前記第1電極と前記第2電極との間隙の最小間隙寸法より大であること、を特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a plasma generator for generating plasma in a gap between a first electrode and a grounded second electrode, and the first electrode. A power source that applies power to the first electrode, and a gas supply source that supplies a reactive gas to a gap between the first electrode and the second electrode, and the first electrode is configured to apply power to the first electrode by the power source. A plasma flow in which the reaction gas is converted into plasma by circulating the reaction gas through the gap between the first electrode and the second electrode in a state where an electric field is generated in the gap between the second electrode and the second electrode. A plasma processing apparatus for irradiating a member to be processed disposed such that a jet direction of a plasma flow from the plasma generator is substantially perpendicular to a surface to be processed, the gap between the first electrode and the surface to be processed The minimum gap dimension is It in serial plasma generator is greater than the minimum gap dimension of the gap between the first electrode and the second electrode of the jet vicinity for ejecting said plasma flow, characterized by.

この発明によれば、被処理部材が半導体や導電性基板などの低抵抗率を有する材料からなる場合であっても、被処理部材に対してプラズマ流を均一に照射することができ、被処理部材に対して均一にプラズマ処理を施すことができる、という効果を奏する。   According to this invention, even if the member to be processed is made of a material having a low resistivity such as a semiconductor or a conductive substrate, the member to be processed can be uniformly irradiated with a plasma flow. There is an effect that the plasma treatment can be uniformly applied to the member.

図1は、本発明の実施の形態1にかかるプラズマ処理装置の基本構成を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図2−1は、プラズマ処理装置においてVS>VGの場合にガスの噴出口から吹き出されるプラズマ流の様子を説明するための模式図である。FIG. 2-1 is a schematic diagram for explaining a state of a plasma flow blown out from a gas outlet when VS> VG in the plasma processing apparatus. 図2−2は、プラズマ処理装置においてVS≦VGの場合にガスの噴出口から吹き出されるプラズマ流の様子を説明するための模式図である。FIG. 2B is a schematic diagram for explaining the state of the plasma flow blown out from the gas outlet when VS ≦ VG in the plasma processing apparatus. 図3は、本発明の実施の形態1にかかるプラズマ処理装置の他の構成例を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram illustrating another configuration example of the plasma processing apparatus according to the first exemplary embodiment of the present invention. 図4は、本発明の実施の形態1にかかる他のプラズマ処理装置の構成例を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration example of another plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図5−1は、本発明の実施の形態2にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す要部断面図である。FIG. 5-1 is a cross-sectional view of a principal part showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. 図5−2は、本発明の実施の形態2にかかるプラズマ処理装置のプラズマ発生器を図5−1における矢視Aの方向から見た平面図である。FIG. 5-2 is a plan view of the plasma generator of the plasma processing apparatus according to the second exemplary embodiment of the present invention viewed from the direction of arrow A in FIG. 図5−3は、本発明の実施の形態2にかかるプラズマ処理装置のプラズマ発生器を図5−1における矢視Bの方向から見た平面図である。FIG. 5-3 is a plan view of the plasma generator of the plasma processing apparatus according to the second exemplary embodiment of the present invention, viewed from the direction of arrow B in FIG. 5-1. 図6は、本発明の実施の形態3にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す要部断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. 図7は、本発明の実施の形態4にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す模式図である。FIG. 7 is a schematic diagram showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. 図8は、本発明の実施の形態5にかかるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram showing the configuration of the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment of the present invention. 図9は、本発明の実施の形態6にかかるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。FIG. 9 is a schematic diagram showing the configuration of the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment of the present invention. 図10は、本発明の実施の形態7にかかるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。FIG. 10 is a schematic diagram showing the configuration of the plasma processing apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.

以下に、本発明にかかるプラズマ処理装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、以下の図面において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。   Embodiments of a plasma processing apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following description, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings. In the following drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1にかかるプラズマ処理装置の基本構成を示す模式図である。図1に示すように、プラズマ処理装置は、直径方向の中心領域が中空部とされた円筒形状の接地電極10(請求項の第2電極に対応)、接地電極10の中空部内の略中央部に該接地電極10と対向して配置された円柱形状の電圧電極12(請求項の第1電極に対応)、電圧電極12に電力を印加する電源14、接地電極10と電圧電極12との間隙に反応ガスを供給するガス供給部16、被処理部材である基板20の被処理面が電圧電極12および接地電極10の軸方向と略垂直となるように基板20を保持するとともに接地された基板台18を備える。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus includes a cylindrical ground electrode 10 (corresponding to the second electrode in the claims) having a hollow central portion in the diameter direction, and a substantially central portion in the hollow portion of the ground electrode 10. A cylindrical voltage electrode 12 (corresponding to the first electrode in the claims) disposed opposite to the ground electrode 10, a power supply 14 for applying power to the voltage electrode 12, and a gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. A substrate that is grounded and holds the substrate 20 so that the surface to be processed of the substrate 20 that is a member to be processed is substantially perpendicular to the axial direction of the voltage electrode 12 and the ground electrode 10. A stand 18 is provided.

ここで、接地電極10、電圧電極12および電源14により、プラズマを発生させるプラズマ発生器が構成されている。また、接地電極10と電圧電極12との間隙が、ガス供給部16から供給される反応ガスの流路とされ、接地電極10と電圧電極12との間隙のうちガス供給部16側がガスの導入口22となり、基板20側がガスの噴出口24となる。     Here, the ground electrode 10, the voltage electrode 12, and the power source 14 constitute a plasma generator that generates plasma. The gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is a flow path for the reaction gas supplied from the gas supply unit 16, and the gas supply unit 16 side of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 introduces gas. It becomes the opening 22, and the substrate 20 side becomes the gas outlet 24.

このような本実施の形態にかかるプラズマ処理装置では、電源14により電圧電極12に電力を印加して電圧電極12と接地電極10との間隙に放電を発生させた状態で電圧電極12と接地電極10との間隙に反応ガスを供給することで反応ガスがプラズマ励起して発生したプラズマを含むガス流であるプラズマ流を、プラズマ発生器からのプラズマ流の噴出方向が被処理面と略垂直となるように対向して配置された基板20に照射する。   In the plasma processing apparatus according to the present embodiment, the voltage electrode 12 and the ground electrode are applied in a state where electric power is applied to the voltage electrode 12 by the power source 14 to generate a discharge in the gap between the voltage electrode 12 and the ground electrode 10. The plasma flow, which is a gas flow including plasma generated by exciting the reaction gas into the gap between the plasma generator 10 and the plasma gas, is ejected from the plasma generator so that the direction of jetting of the plasma flow is substantially perpendicular to the surface to be processed. It irradiates the board | substrate 20 arrange | positioned so that it may become.

接地電極10の内周面は、接地電極10の中心軸方向において異なる内径を有している。接地電極10の内周面は、中心軸方向の中央部近傍において傾斜部を有し、中心軸方向においてガスの導入口22(ガス流入側)の領域の内径が、ガスの噴出口24(ガスの流出側)の領域の内径よりも大とされている。これにより、接地電極10と電圧電極12との間隙は、ガス流路の上流側の領域よりもガス流路の下流側の領域の方が狭く、ガス流路の下流側では上流側よりもガス圧力が高くなる。そして、接地電極10と電圧電極12との間隙のうち、接地電極10の中心軸方向においてガスの流出側の領域(接地電極10と電圧電極12との間隙が狭い領域)がプラズマ発生部26となる。   The inner peripheral surface of the ground electrode 10 has different inner diameters in the central axis direction of the ground electrode 10. The inner peripheral surface of the ground electrode 10 has an inclined portion near the central portion in the central axis direction, and the inner diameter of the region of the gas inlet 22 (gas inflow side) in the central axis direction is the gas outlet 24 (gas The inner diameter of the region on the outflow side). As a result, the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is narrower in the region downstream of the gas flow channel than in the region upstream of the gas flow channel. Pressure increases. Of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, the region on the gas outflow side in the central axis direction of the ground electrode 10 (the region where the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is narrow) Become.

また、接地電極10は、電圧電極12と対向する内周面が、該内周面に沿って絶縁膜28で被覆されている。この絶縁膜28の役割は、接地電極10と電圧電極12との間のアーク発生を防止することである。接地電極10と電圧電極12との間でアークが発生した場合には、電極が溶解してプラズマ流に不純物が混入する虞がある。このような絶縁膜28としては、例えば酸化シリコン(SiO)膜や酸化アルミニウム(Al)膜が適している。なお、アークが発生し難い反応ガス、例えばヘリウム(He)ガスを用いて13.56MHzのような高周波電流で接地電極10および電圧電極12間に放電を発生させる場合は、必ずしもこの絶縁膜は必要ない。なお、ここでは接地電極10における電圧電極12と対向する面に絶縁膜28を被覆した例を示しているが、接地電極10および電圧電極12のうち少なくとも一方における他方の電極に対向する面に絶縁膜が被覆されていればよく、また両方の電極に絶縁膜が被覆されていてもよい。 The ground electrode 10 has an inner peripheral surface facing the voltage electrode 12 covered with an insulating film 28 along the inner peripheral surface. The role of the insulating film 28 is to prevent arcing between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. When an arc is generated between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, the electrode may be dissolved and impurities may be mixed into the plasma flow. As such an insulating film 28, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film or an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) film is suitable. It should be noted that this insulating film is always necessary when a discharge gas is generated between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 with a high-frequency current such as 13.56 MHz using a reaction gas that hardly generates an arc, for example, helium (He) gas. Absent. Here, an example is shown in which the surface of the ground electrode 10 facing the voltage electrode 12 is covered with an insulating film 28, but at least one of the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is insulated on the surface facing the other electrode. It suffices if the film is coated, and both electrodes may be coated with an insulating film.

そして、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12が配置されている。電界分布は、近隣に存在するものの抵抗率により変化する。このため、反応ガス圧力が比較的高い状態において電圧電極12と接地電極10との近傍に導電率が高い(低抵抗である)ものがある場合、例えば基板20が半導体や導電膜など抵抗の低い材料からなる場合やこれらの材料の膜が形成されている場合などには、電圧電極12と接地電極10との間での電界分布が乱れやすくなる。   Then, grounding is performed so that the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 (VS> VG). Electrode 10 and voltage electrode 12 are arranged. The electric field distribution varies depending on the resistivity of the neighboring objects. For this reason, when there is a material having high conductivity (low resistance) in the vicinity of the voltage electrode 12 and the ground electrode 10 in a state where the reaction gas pressure is relatively high, for example, the substrate 20 has a low resistance such as a semiconductor or a conductive film. When made of materials or when a film of these materials is formed, the electric field distribution between the voltage electrode 12 and the ground electrode 10 tends to be disturbed.

そして、この電界分布が乱れるとプラズマが不均一に発生し、均質なプラズマ処理を行うことができない。基板20が半導体や導電膜など抵抗の低い材料からなる場合やこれらの材料の膜が形成されている場合は、ガスの噴出口24の近傍において電圧電極12と接地電極10との間での電界が基板側に屈曲し、この影響によりプラズマ流は電圧電極12の直下領域に集中して吹き出される。この場合は、均質な成膜を行うことができない。   If the electric field distribution is disturbed, plasma is generated non-uniformly and a uniform plasma treatment cannot be performed. When the substrate 20 is made of a low-resistance material such as a semiconductor or a conductive film, or when a film of these materials is formed, an electric field between the voltage electrode 12 and the ground electrode 10 in the vicinity of the gas ejection port 24. Is bent toward the substrate side, and the plasma flow is concentrated and blown out in the region immediately below the voltage electrode 12 due to this influence. In this case, uniform film formation cannot be performed.

しかしながら、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合や基板20にこれらの材料の膜が形成されている場合などにおいても、これらの材料に起因した電界の乱れの影響を防止して、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射することができ、均一な成膜や加工処理が可能である。   However, by increasing VS as compared with VG, the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, or even when a film of these materials is formed on the substrate 20 or the like. The influence of the electric field disturbance can be prevented, the plasma flow can be uniformly irradiated from the gas ejection port 24 to the substrate, and uniform film formation and processing can be performed.

図2−1は、VS>VGの場合にガスの噴出口24から吹き出されるプラズマ流30の様子を説明するための模式図である。図2−2は、VS≦VGの場合にガスの噴出口24から吹き出されるプラズマ流30の様子を説明するための模式図である。プラズマは、接地電極10と電圧電極12との間隙のうち、間隙の狭い領域(ガス流路の下流側の領域)で発生し、ガスの導入口22から導入された反応ガスの流れによってプラズマ流30が基板20に照射される。   FIG. 2A is a schematic diagram for explaining a state of the plasma flow 30 blown out from the gas outlet 24 when VS> VG. FIG. 2B is a schematic diagram for explaining the state of the plasma flow 30 blown out from the gas outlet 24 when VS ≦ VG. Plasma is generated in a narrow gap (a downstream area of the gas flow path) of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, and the plasma flow is caused by the flow of the reaction gas introduced from the gas inlet 22. 30 is irradiated onto the substrate 20.

基板20として例えば抵抗率が10Ω・cm以下の半導体基板を用いた場合、VSがVG以下の場合は、図2−2に示すようにプラズマ流30は電圧電極12の直下領域に集中して吹き出される。それに対して、VSをVGより大きくした場合は、図2−1に示すようにプラズマ流30は接地電極10の内面に形成されたテーパー形状のノズル形状を反映した形状に均一に照射される。したがって、基板20に対して均一な成膜や加工処理が可能である。なお、図2−1および図2−2では、接地電極10の内面におけるガス流路の下流側にテーパー形状のノズル形状を有する場合を示しているが、図1のようにストレート形状のノズル形状を有する場合でも同様である。 For example, when a semiconductor substrate having a resistivity of 10 4 Ω · cm or less is used as the substrate 20, when VS is VG or less, the plasma flow 30 is concentrated in a region immediately below the voltage electrode 12 as shown in FIG. And blown out. On the other hand, when VS is made larger than VG, as shown in FIG. 2A, the plasma flow 30 is uniformly irradiated in a shape reflecting a tapered nozzle shape formed on the inner surface of the ground electrode 10. Therefore, uniform film formation and processing can be performed on the substrate 20. FIGS. 2-1 and 2-2 show the case where the inner surface of the ground electrode 10 has a tapered nozzle shape on the downstream side of the gas flow path, but the straight nozzle shape as shown in FIG. The same applies to the case of having.

また、接地電極10は、中心軸方向において電圧電極12に対して基板20側(被処理面側)の方向に突出して配置されており、突出した部分の接地電極10の内周面(絶縁膜28)が、プラズマ発生部26で発生したプラズマ流の吹き出し時のガイドとなる。   Further, the ground electrode 10 is disposed so as to protrude in the direction of the substrate 20 (surface to be processed) with respect to the voltage electrode 12 in the central axis direction, and the inner peripheral surface (insulating film) of the protruding portion of the ground electrode 10 28) serves as a guide when the plasma flow generated by the plasma generator 26 is blown out.

ガス供給部16が接地電極10と電圧電極12の隙間に反応ガスを供給する際の、ガスの噴出口24でのガス圧力としては、例えば20Torrから760Torrの範囲とされる。ガスの噴出口24でのガス圧力がこの圧力範囲の場合、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGが0.5mm〜3mm程度で接地電極10と電圧電極12との間において放電が安定して発生する。これに対して、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSは、4mm〜10mm程度の距離とするのが好ましい。   The gas pressure at the gas outlet 24 when the gas supply unit 16 supplies the reaction gas to the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is, for example, in the range of 20 Torr to 760 Torr. When the gas pressure at the gas outlet 24 is within this pressure range, the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is about 0.5 mm to 3 mm, and between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. Discharge occurs stably. On the other hand, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is preferably a distance of about 4 mm to 10 mm.

また、プラズマ発生部26においては、接地電極10における電圧電極12との対向面、および電圧電極12における接地電極10との対向面のうちの少なくとも一方の面には、基板20に成膜される被膜と略同一の組成からなる材料が被覆されていることが好ましい。これにより、基板20に成膜された被膜中への不純物混入を最小限に抑えることが可能となる。これは、基板20の表面に高純度の薄膜を得る場合に非常に有効である。また、上記のような対向面に被覆した材料をプラズマにより分解して基板20に堆積することが可能となり、毒性の強い材料ガス等の使用を低減できる。   In the plasma generation unit 26, the film is formed on the substrate 20 on at least one of the surface of the ground electrode 10 facing the voltage electrode 12 and the surface of the voltage electrode 12 facing the ground electrode 10. It is preferable that a material having substantially the same composition as the coating is coated. Thereby, it is possible to minimize the mixing of impurities into the film formed on the substrate 20. This is very effective when a high-purity thin film is obtained on the surface of the substrate 20. In addition, the material coated on the facing surface as described above can be decomposed by plasma and deposited on the substrate 20, and the use of a highly toxic material gas or the like can be reduced.

また、図1においては、基板20を保持する基板台18は接地されているが、図3に示すように基板台18に対する直流電圧源32による直流電圧の印加や、交流電圧源34による交流電圧の印加により、ガスの噴出口24から吹き出されるプラズマ流の流れを制御することも可能である。   In FIG. 1, the substrate table 18 that holds the substrate 20 is grounded. However, as shown in FIG. 3, a DC voltage is applied to the substrate table 18 by the DC voltage source 32 and an AC voltage is generated from the AC voltage source 34. It is also possible to control the flow of the plasma flow blown out from the gas outlet 24 by the application of.

このような構成を有するプラズマ処理装置での処理例を、シリコン膜の成膜を例に図4を用いて説明する。図4は、実施の形態1にかかる他のプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。図4のプラズマ処理装置では、真空容器36内に、プラズマ発生器の一部およびヒータHを内蔵した基板台18が配置されている。基板台18上には、基板20として、酸化インジウム・スズ膜からなる透明導電膜が表面に形成された無アルカリガラス基板が載置される。透明導電膜の抵抗率はおよそ2.0×10−4Ω・cmである。また、基板20は、基板台18に載置されたヒータHにより例えば300℃程度に加熱される。 A processing example in the plasma processing apparatus having such a configuration will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a configuration of another plasma processing apparatus according to the first embodiment. In the plasma processing apparatus of FIG. 4, a substrate table 18 containing a part of a plasma generator and a heater H is disposed in a vacuum vessel 36. On the substrate table 18, a non-alkali glass substrate having a transparent conductive film made of an indium tin oxide film formed on the surface thereof is placed as the substrate 20. The resistivity of the transparent conductive film is approximately 2.0 × 10 −4 Ω · cm. Further, the substrate 20 is heated to, for example, about 300 ° C. by the heater H placed on the substrate table 18.

基板20は、透明導電膜が形成された面にプラズマ流が吹き付けられるように、該透明導電膜が形成された面を上にして基板台18上に配置される。また、プラズマ発生器は、基板20の透明導電膜が形成された面にプラズマ流を吹きつけられるように、ガスの噴出口24を基板20に対向させて配置される。真空容器36には真空ポンプ38およびコンダクタンスが調整できる圧力調整弁40が吸引管42を介して接続され、真空容器36内の圧力を制御することができる。また、電圧電極12と接地電極10とは絶縁体28aにより絶縁されている。   The substrate 20 is disposed on the substrate table 18 with the surface on which the transparent conductive film is formed facing upward so that the plasma flow is blown onto the surface on which the transparent conductive film is formed. The plasma generator is disposed with the gas outlet 24 facing the substrate 20 so that a plasma flow is blown to the surface of the substrate 20 on which the transparent conductive film is formed. A vacuum pump 38 and a pressure adjustment valve 40 capable of adjusting conductance are connected to the vacuum vessel 36 via a suction pipe 42, and the pressure in the vacuum vessel 36 can be controlled. Further, the voltage electrode 12 and the ground electrode 10 are insulated by an insulator 28a.

電圧電極12には、電源14により電圧波形がサイン波である周波数13.56MHzの高周波電力を印加する。電圧の波形としては、サイン波のほかにインパルス波や方形波などでもよく、また別の周波数で変調した電圧波形であってもよい。電圧の周波数は、10KHz以上200MHz以下の周波数であればよい。ここでは周波数13.56MHzで300Wの電力を電圧電極12に印加する。また、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSおよび接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGは、それぞれVS=5.0mm、VG=2.0mmとする。   A high frequency power having a frequency of 13.56 MHz whose voltage waveform is a sine wave is applied to the voltage electrode 12 by the power source 14. The voltage waveform may be an impulse wave or a square wave in addition to a sine wave, or may be a voltage waveform modulated at another frequency. The frequency of the voltage may be any frequency between 10 KHz and 200 MHz. Here, 300 W of power at a frequency of 13.56 MHz is applied to the voltage electrode 12. The minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 and the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are VS = 5.0 mm and VG = 2.0 mm, respectively. And

ガス供給部16からプラズマ発生器に供給する反応ガスとしては、ヘリウム(He)ガス98.9Vol%、モノシラン(SiH)ガス0.1Vol%、水素(H)ガス1.0Vol%の組成比となるように流量比を調整し、全ガス圧が500Torrになるように流量を設定する。なお、高純度のシリコン膜を成膜するために、それぞれのガスの純度は99.99%以上であることが好ましい。 The reaction gas supplied from the gas supply unit 16 to the plasma generator includes a composition ratio of 98.9 Vol% helium (He) gas, 0.1 Vol% monosilane (SiH 4 ) gas, and 1.0 Vol% hydrogen (H 2 ) gas. The flow rate ratio is adjusted so that the total gas pressure becomes 500 Torr. Note that the purity of each gas is preferably 99.99% or more in order to form a high-purity silicon film.

以上のような条件で、ガス供給部16からプラズマ発生器に反応ガスを供給し、電源14により電圧電極12に電力を印加すると、電圧電極12と接地電極10との狭い間隙にプラズマが励起される。そして、このプラズマを含んだプラズマ流が反応ガスの流れによって基板20に吹き付けられる。このような成膜処理により基板20上に30分程度プラズマ流を吹きつけたところ、基板20の表面に膜厚30nm程度の均一なシリコン膜を得ることができた。そして、ガス圧が500Torrと比較的高い圧力であってもアークによる基板20の損傷は生じなかった。   Under the conditions as described above, when the reaction gas is supplied from the gas supply unit 16 to the plasma generator and the power is applied to the voltage electrode 12 by the power source 14, the plasma is excited in the narrow gap between the voltage electrode 12 and the ground electrode 10. The Then, the plasma flow containing the plasma is sprayed onto the substrate 20 by the flow of the reactive gas. When a plasma flow was blown on the substrate 20 for about 30 minutes by such a film forming process, a uniform silicon film having a film thickness of about 30 nm could be obtained on the surface of the substrate 20. Even when the gas pressure was relatively high, such as 500 Torr, the substrate 20 was not damaged by the arc.

したがって、本実施の形態にかかるプラズマ処理装置によれば、圧力が高い領域であっても、また表面に導電膜層のある基板であっても、均一にプラズマ流を生成することが可能であり、基板20に対して均一なシリコン膜を形成することが可能である。   Therefore, according to the plasma processing apparatus of this embodiment, it is possible to generate a plasma flow uniformly even in a high pressure region or a substrate having a conductive film layer on the surface. It is possible to form a uniform silicon film on the substrate 20.

上述したように、実施の形態1にかかるプラズマ処理装置においては、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)とされている。このように、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   As described above, in the plasma processing apparatus according to the first embodiment, the minimum gap dimension VS between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is equal to the minimum gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. It is larger than the dimension VG (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with a plasma flow from the gas outlet 24.

したがって、実施の形態1にかかるプラズマ処理装置によれば、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、基板20の表面に対して均一な薄膜の成膜や加工処理が可能である。そして、実施の形態1にかかるプラズマ処理装置により得られる薄膜は、均一で高品質の薄膜であるため、耐久性に優れる。   Therefore, according to the plasma processing apparatus according to the first exemplary embodiment, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more, the surface of the substrate 20 is uniform. Thin film deposition and processing are possible. And since the thin film obtained by the plasma processing apparatus concerning Embodiment 1 is a uniform and high quality thin film, it is excellent in durability.

なお、上記においては、直径方向の中心領域が中空部とされた円筒形状の接地電極10と、接地電極10の中空部内の略中央部に該接地電極10と対向して配置された円柱形状の電圧電極12と、被処理面が電圧電極12および接地電極10の軸方向と略垂直となるように配置された基板20との関係において説明したが、本発明はこれに限定されず、プラズマを発生できる形態で有ればよい。例えば接地電極10が三角筒形状や四角筒形状であってもよく、電圧電極12が三角柱形状や四角柱形状であってもよい。また、接地電極10および電圧電極12が平板状とされ、電圧電極12が2枚の接地電極10に挟まれた形態とすることもできる。   In the above description, the cylindrical ground electrode 10 whose center region in the diametric direction is a hollow portion, and the cylindrical ground electrode 10 disposed in a substantially central portion in the hollow portion of the ground electrode 10 so as to face the ground electrode 10. Although described in relation to the voltage electrode 12 and the substrate 20 disposed so that the surface to be processed is substantially perpendicular to the axial direction of the voltage electrode 12 and the ground electrode 10, the present invention is not limited to this and the plasma is not limited to this. It only needs to be in a form that can be generated. For example, the ground electrode 10 may be a triangular cylinder shape or a square cylinder shape, and the voltage electrode 12 may be a triangular prism shape or a quadrangular prism shape. Alternatively, the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 may be flat and the voltage electrode 12 may be sandwiched between the two ground electrodes 10.

実施の形態2.
図5−1は、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す要部断面図である。なお、図5−1においては、電源14、ガス供給部16は省略している。図5−2は、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置のプラズマ発生器を図5−1における矢視Aの方向から見た平面図、図5−3は、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置のプラズマ発生器を図5−1における矢視Bの方向から見た平面図である。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5A is a cross-sectional view of a principal part illustrating a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the second embodiment. In FIG. 5A, the power supply 14 and the gas supply unit 16 are omitted. FIG. 5-2 is a plan view of the plasma generator of the plasma processing apparatus according to the second embodiment when viewed from the direction of arrow A in FIG. 5-1, and FIG. 5-3 is the plasma processing according to the second embodiment. It is the top view which looked at the plasma generator of the apparatus from the direction of arrow B in FIGS.

図5−1に示すように実施の形態2にかかるプラズマ処理装置のプラズマ発生器は、基本的に実施の形態1で説明した基本構成の電極構造(プラズマ発生器)がアレイ状に複数個配置された構成を有する。このように、実施の形態1における電極構造(プラズマ発生器)をアレイ状に複数個配置することにより、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、大気圧に近い気圧であっても大面積の基板20に一括してプラズマ流を吹きつけることが可能である。   As shown in FIG. 5A, the plasma generator of the plasma processing apparatus according to the second exemplary embodiment basically includes a plurality of electrode structures (plasma generators) having the basic configuration described in the first exemplary embodiment arranged in an array. It has the structure made. As described above, by arranging a plurality of electrode structures (plasma generators) in the form of an array in the first embodiment, a large area is obtained even at a pressure close to atmospheric pressure under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more. It is possible to spray a plasma flow onto the substrate 20 at once.

実施の形態2にかかるプラズマ発生器は、例えば金属性の円柱状突起12aがアレイ状に配置された電圧電極12に絶縁体44、例えば酸化アルミニウムのスペーサを介して接地電極10が取り付けられる。電圧電極12には、ガスの導入口22が設けられている。接地電極10は、金属性の円盤に予め電圧電極12の円柱状突起12aに沿う形のテーパー形状ノズルが形成されており、ノズル内に円柱状突起12aが配置されるように構成されている。接地電極10としては、例えば、SUSや銅、真鍮、シリコン板が用いられる。   In the plasma generator according to the second embodiment, the ground electrode 10 is attached to the voltage electrode 12 in which, for example, metallic cylindrical protrusions 12a are arranged in an array via an insulator 44, for example, an aluminum oxide spacer. The voltage electrode 12 is provided with a gas inlet 22. The ground electrode 10 is configured such that a taper-shaped nozzle having a shape along the cylindrical protrusion 12a of the voltage electrode 12 is formed in advance on a metallic disk, and the cylindrical protrusion 12a is disposed in the nozzle. As the ground electrode 10, for example, SUS, copper, brass, or silicon plate is used.

そして、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置においても電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12を配置している。このように、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   Also in the plasma processing apparatus according to the second embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. The ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are arranged so as to be large (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with a plasma flow from the gas outlet 24.

電圧電極12における接地電極10との対向面(金属表面)には、セラミックスなどの絶縁物を被覆してあってもよい。これにより、接地電極10と電圧電極12との間のアーク放電の発生を防止することができる。また、接地電極10における電圧電極12との対向面にセラミックスなどの絶縁物を被覆してあってもよい。すなわち、接地電極10および電圧電極12のうち少なくとも一方における他方の電極に対向する面に絶縁膜が被覆されていればよい。これにより、接地電極10と電圧電極12との間のアーク放電の発生を防止することができる。   The surface (metal surface) of the voltage electrode 12 facing the ground electrode 10 may be coated with an insulator such as ceramics. Thereby, generation | occurrence | production of the arc discharge between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 can be prevented. Further, the surface of the ground electrode 10 facing the voltage electrode 12 may be coated with an insulator such as ceramics. That is, it is only necessary that the surface of at least one of the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 facing the other electrode is covered with the insulating film. Thereby, generation | occurrence | production of the arc discharge between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 can be prevented.

上述したように、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置においても電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12が配置されている。このように、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射され、均一な成膜や加工処理が可能である。   As described above, also in the plasma processing apparatus according to the second embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is the minimum gap dimension of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. The ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are arranged so as to be larger than VG (VS> VG). In this way, by increasing VS compared to VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is irradiated with a plasma flow uniformly from the gas ejection port 24, and uniform film formation is achieved. And processing is possible.

また、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置においては、プラズマ発生器をアレイ状に複数個配置していることにより、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、大気圧に近い気圧であっても大面積の基板20に一括してプラズマ流を吹きつけることが可能であり、効率的に大面積の成膜や加工処理が可能である。   Further, in the plasma processing apparatus according to the second embodiment, by arranging a plurality of plasma generators in an array, even at a pressure close to atmospheric pressure, for example, under a relatively high pressure of 10 Torr or more. It is possible to spray a plasma flow onto the large area substrate 20 in a lump, and it is possible to efficiently form a film with a large area and to perform processing.

したがって、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置によれば、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、大面積の基板20の表面に対して、一括して均一な薄膜の成膜や加工処理を効率的に実施することが可能である。   Therefore, according to the plasma processing apparatus according to the second embodiment, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more, the surface of the substrate 20 having a large area is applied. Thus, uniform thin film formation and processing can be efficiently carried out collectively.

実施の形態3.
実施の形態3では、実施の形態2にかかるプラズマ処理装置の変形例について、シリコン膜の成膜を例に説明する。図6は、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す要部断面図である。なお、図6においては特徴的な部分のみ記載し、電源14、ガス供給部16は省略している。
Embodiment 3 FIG.
In the third embodiment, a modified example of the plasma processing apparatus according to the second embodiment will be described by taking a silicon film as an example. FIG. 6 is a main part sectional view showing a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the third embodiment. In FIG. 6, only characteristic portions are shown, and the power source 14 and the gas supply unit 16 are omitted.

図6に示すように実施の形態3にかかるプラズマ処理装置のプラズマ発生器は、実施の形態2の場合と同様に基本構成の電極構造(プラズマ発生器)がアレイ状に複数個配置された構成を有する。このように、基本電極構造(プラズマ発生器)をアレイ状に複数個配置することにより、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、大気圧に近い気圧であっても大面積の基板20に一括してプラズマ流を吹きつけることが可能である。   As shown in FIG. 6, the plasma generator of the plasma processing apparatus according to the third embodiment has a configuration in which a plurality of basic electrode structures (plasma generators) are arranged in an array as in the second embodiment. Have In this way, by arranging a plurality of basic electrode structures (plasma generators) in an array, the substrate 20 having a large area can be collectively collected even at a pressure close to atmospheric pressure under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more. It is possible to spray a plasma flow.

実施の形態3にかかるプラズマ発生器は、例えば金属性の円柱状突起12aがアレイ状に配置された電圧電極12に絶縁体44を介して接地電極10が取り付けられる。また、電圧電極12には、ガスの導入口22およびガス流路48が設けられている。円柱状突起12aの表面、すなわち接地電極10との対向面は、シリコン膜46で被覆されている。円柱状突起12aの表面をシリコン膜46で被覆することにより、成膜される被膜に取り込まれる電圧電極12の分解に起因した不純物を低減できる。また、このシリコン膜46をプラズマにより分解して基板20に堆積することが可能となり、成膜のための毒性の強い反応ガス等の使用を低減できる。また、電圧電極12自体をシリコンにより形成してもよい。   In the plasma generator according to the third embodiment, the ground electrode 10 is attached to the voltage electrode 12 in which, for example, metallic cylindrical protrusions 12a are arranged in an array via an insulator 44. The voltage electrode 12 is provided with a gas inlet 22 and a gas flow path 48. The surface of the cylindrical protrusion 12 a, that is, the surface facing the ground electrode 10 is covered with a silicon film 46. By covering the surface of the cylindrical protrusion 12a with the silicon film 46, impurities resulting from the decomposition of the voltage electrode 12 taken into the film to be formed can be reduced. Further, the silicon film 46 can be decomposed by plasma and deposited on the substrate 20, and the use of a highly toxic reactive gas or the like for film formation can be reduced. Further, the voltage electrode 12 itself may be formed of silicon.

また、実施の形態3にかかるプラズマ発生器は、電圧電極12の冷却機構を備えており、電圧電極12の上部に設けられた放熱板50を介して該電圧電極12を冷却できる構造となっている。例えばチラーなどの外部冷媒を用いて放熱板50の冷却を行い、反応ガスとして熱伝導率の高いヘリウムガスを使用することで、プラズマ発生中に電圧電極12で発生する熱を放熱板50で冷却された反応ガスを用いて吸収することができる。   Further, the plasma generator according to the third embodiment includes a cooling mechanism for the voltage electrode 12 and can cool the voltage electrode 12 via a heat radiating plate 50 provided on the top of the voltage electrode 12. Yes. For example, the heat radiating plate 50 is cooled using an external refrigerant such as a chiller, and the heat generated in the voltage electrode 12 is cooled by the heat radiating plate 50 during plasma generation by using helium gas having high thermal conductivity as a reaction gas. Can be absorbed using the reaction gas.

シリコン膜の成膜を行う場合、シリコンの分解速度はシリコンの温度が低いほど速い。このため、電圧電極12を冷却することによりシリコン分解生成物の密度が高くなり、成膜速度を向上させることができる。なお、基板台18を加熱することで、基板20での堆積速度や結晶性を制御することも可能である。また、電圧電極12を冷却することにより、熱による電圧電極12からの電子放出を抑え、アーク放電が発生し難くなる、という効果も得られる。なお、ここでは電圧電極12を冷却する例を示しているが、接地電極10を冷却しても良く、この場合も同様の効果が得られる。   When a silicon film is formed, the decomposition rate of silicon is faster as the temperature of silicon is lower. For this reason, by cooling the voltage electrode 12, the density of silicon decomposition products increases, and the film formation rate can be improved. The deposition rate and crystallinity on the substrate 20 can be controlled by heating the substrate table 18. In addition, by cooling the voltage electrode 12, it is possible to suppress the emission of electrons from the voltage electrode 12 due to heat and to make it difficult for arc discharge to occur. Although an example in which the voltage electrode 12 is cooled is shown here, the ground electrode 10 may be cooled, and in this case, the same effect can be obtained.

接地電極10は、金属性の円盤に予め電圧電極12の円柱状突起12aに沿う形のテーパー形状ノズルが形成されており、ノズル内に円柱状突起12aが配置されるように構成されている。また、接地電極10もシリコン膜46で被覆されており、電圧電極12の場合と同様の効果を得ることができる。また、接地電極10自体をシリコンにより形成してもよい。   The ground electrode 10 is configured such that a taper-shaped nozzle having a shape along the cylindrical protrusion 12a of the voltage electrode 12 is formed in advance on a metallic disk, and the cylindrical protrusion 12a is disposed in the nozzle. The ground electrode 10 is also covered with the silicon film 46, and the same effect as that of the voltage electrode 12 can be obtained. The ground electrode 10 itself may be formed of silicon.

そして、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置においても電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12を配置している。このように、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   Also in the plasma processing apparatus according to the third embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. The ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are arranged so as to be large (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with a plasma flow from the gas outlet 24.

以上のような構成を有する実施の形態3にかかるプラズマ発生装置において、シリコン膜の成膜を行った。基板20として、酸化インジウム・スズ膜からなる透明導電膜が表面に形成された無アルカリガラス基板が載置される。透明導電膜の抵抗率はおよそ2.0×10−4Ω・cmである。ガス供給部16からプラズマ発生器に供給する反応ガスとしては、ヘリウム(He)ガス50Vol%、水素(H)ガス50Vol%の組成比となるように流量比を調整し、全ガス圧が840Torrになるように流量を設定した。この圧力はガス流路の上流部の圧力でよい。放熱板50の温度は15℃に設定した。 In the plasma generating apparatus according to the third embodiment having the above configuration, a silicon film was formed. As the substrate 20, an alkali-free glass substrate on which a transparent conductive film made of an indium tin oxide film is formed is placed. The resistivity of the transparent conductive film is approximately 2.0 × 10 −4 Ω · cm. As a reaction gas supplied from the gas supply unit 16 to the plasma generator, the flow rate ratio is adjusted so that the composition ratio of helium (He) gas 50 Vol% and hydrogen (H 2 ) gas 50 Vol%, and the total gas pressure is 840 Torr. The flow rate was set to be This pressure may be the upstream pressure of the gas flow path. The temperature of the heat sink 50 was set to 15 ° C.

電圧電極12に13.56MHzの300W高周波電力を印加すると、プラズマによって分解された水素ラジカルが電圧電極12および接地電極10のシリコン膜を分解し、分解されたシリコンは、プラズマ流が吹きつけられる基板20にシリコン膜として堆積する。このようなプラズマ処理により基板20上に均一なシリコン膜を得ることができた。   When 300 W high frequency power of 13.56 MHz is applied to the voltage electrode 12, hydrogen radicals decomposed by the plasma decompose the silicon film of the voltage electrode 12 and the ground electrode 10, and the decomposed silicon is a substrate on which a plasma flow is blown. 20 is deposited as a silicon film. A uniform silicon film could be obtained on the substrate 20 by such plasma treatment.

ここで、本実施の形態にかかるプラズマ発生装置においては、電圧電極12を冷却しているためシリコンの分解速度が速く、電圧電極12を冷却しない場合と比較して速い成膜速度でシリコン膜の成膜が行えた。また、電圧電極12の冷却により熱による電圧電極12からの電子放出が抑えられ、アーク放電の発生を防止することができた。そして、ガス圧が840Torrと比較的高い圧力であっても、アーク放電による基板20の損傷は発生しなかった。   Here, in the plasma generator according to the present embodiment, since the voltage electrode 12 is cooled, the silicon decomposition rate is high, and the silicon film is formed at a higher film formation rate than when the voltage electrode 12 is not cooled. Film formation was possible. In addition, the emission of electrons from the voltage electrode 12 due to heat was suppressed by cooling the voltage electrode 12, and the occurrence of arc discharge could be prevented. Even when the gas pressure was relatively high, such as 840 Torr, the substrate 20 was not damaged by arc discharge.

上述したように、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置においても電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12を配置している。これにより、全ガス圧が840Torrと高い条件であって基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射され、基板表面を均一に表面処理することが可能である。   As described above, also in the plasma processing apparatus according to the third embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is the minimum gap dimension of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. The ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are arranged so as to be larger than VG (VS> VG). As a result, even when the total gas pressure is as high as 840 Torr and the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with the plasma flow from the gas outlet 24 and the substrate surface is evenly distributed. Surface treatment is possible.

また、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置においては、プラズマ発生器をアレイ状に複数個配置していることにより、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、大気圧に近い気圧であっても大面積の基板20に一括してプラズマ流を吹きつけることが可能である。   Further, in the plasma processing apparatus according to the third embodiment, by arranging a plurality of plasma generators in an array, even at a pressure close to atmospheric pressure, for example, under a relatively high pressure of 10 Torr or more. It is possible to spray a plasma flow on the large-area substrate 20 at once.

したがって、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置によれば、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、大面積の基板20の表面に対して、一括して均一な薄膜の成膜や加工処理が可能である。   Therefore, according to the plasma processing apparatus according to the third embodiment, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more, the surface of the substrate 20 having a large area is applied. Thus, a uniform thin film can be formed and processed at once.

また、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置においては、電圧電極12の冷却機構を備えているため、シリコン膜等の成膜を行う場合に成膜速度を向上させることができ、効率的な成膜処理が可能である。また、電圧電極12を冷却することにより、熱による電圧電極12からの電子放出を抑え、アーク放電の発生を抑制することができ、高純度の薄膜を成膜することができる。   In addition, since the plasma processing apparatus according to the third embodiment includes a cooling mechanism for the voltage electrode 12, it is possible to improve the film formation rate when forming a silicon film or the like, and to achieve efficient formation. Film processing is possible. Further, by cooling the voltage electrode 12, it is possible to suppress the emission of electrons from the voltage electrode 12 due to heat, to suppress the occurrence of arc discharge, and to form a high-purity thin film.

また、実施の形態3にかかるプラズマ処理装置においては、接地電極10および電圧電極12の表面がシリコン膜46で被覆されているため、成膜される被膜に取り込まれる電圧電極12の分解に起因した不純物を低減でき、高純度の薄膜を成膜することができる。また、このシリコン膜46を分解して基板20に堆積することが可能となり、毒性の強い反応ガス等の使用を低減できる。   Further, in the plasma processing apparatus according to the third embodiment, since the surfaces of the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are covered with the silicon film 46, it is caused by the decomposition of the voltage electrode 12 taken into the film to be formed. Impurities can be reduced, and a high-purity thin film can be formed. Further, the silicon film 46 can be decomposed and deposited on the substrate 20, and the use of a highly toxic reactive gas or the like can be reduced.

実施の形態4.
実施の形態4では、基板に対する薄膜の成膜とは異なる、プラズマを用いた他の表面処理方法について説明する。図7は、実施の形態4にかかるプラズマ処理装置の概略構成を示す模式図である。実施の形態4にかかるプラズマ処理装置の構成は、実施の形態1の図4に示した構成と概略同一であるが、真空容器36を使用せずに、プラズマ発生器、基板台18および基板20は大気雰囲気中に設置される。また、接地電極10におけるガスの導入口22近傍に圧力計52が設置されている。
Embodiment 4 FIG.
In Embodiment 4, another surface treatment method using plasma, which is different from the formation of a thin film over a substrate, will be described. FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment. The configuration of the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment is substantially the same as the configuration shown in FIG. 4 of the first embodiment, but without using the vacuum vessel 36, the plasma generator, the substrate stage 18, and the substrate 20 are used. Is installed in the atmosphere. In addition, a pressure gauge 52 is installed near the gas inlet 22 in the ground electrode 10.

そして、実施の形態4にかかるプラズマ処理装置においても電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12が配置されている。このように、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   Also in the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. The ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are arranged so as to be large (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with a plasma flow from the gas outlet 24.

プラズマ発生器に供給する反応ガスの圧力は、外部雰囲気の圧力である大気圧に比べて若干正圧になるようにする。このようにプラズマ発生器に送るガスの圧力を大気圧よりも正圧にすることによりプラズマ発生器への大気の混入を防ぐことができ、大気からの汚染物質の混入を防ぐことができる。プラズマ発生器に供給する反応ガスは、例えばヘリウム(He)ガス99.0Vol%、水素(H)ガス1.0Vol%の組成比で圧力が840Torrになるように流量を設定する。この圧力は、ノズル上流部に設置された圧力計52の表示でよい。電圧電極12には、電源14により13.56MHzの300の高周波電力を印加する。 The pressure of the reaction gas supplied to the plasma generator is set to be slightly positive compared to the atmospheric pressure that is the pressure of the external atmosphere. In this way, by setting the pressure of the gas sent to the plasma generator to a positive pressure from the atmospheric pressure, the atmosphere can be prevented from being mixed into the plasma generator, and contamination from the atmosphere can be prevented. The flow rate of the reaction gas supplied to the plasma generator is set such that the pressure is 840 Torr at a composition ratio of 99.0 Vol% helium (He) gas and 1.0 Vol% hydrogen (H 2 ) gas, for example. This pressure may be displayed on the pressure gauge 52 installed in the upstream portion of the nozzle. To the voltage electrode 12, 300 high frequency power of 13.56 MHz is applied by the power source 14.

以上のような条件で、ガス供給部16からプラズマ発生器に反応ガスを供給し、電源14により電圧電極12に高周波電力を印加すると、電圧電極12と接地電極10との狭い間隙にプラズマが励起され、このプラズマによって水素ラジカルが生成される。そして、水素ラジカルを含んだプラズマ流は反応ガスの流れによって基板20に吹き付けられる。例えば基板20として銅板を用いた場合、水素ラジカルを含んだプラズマ流を銅板に照射すると、銅板表面の酸化物、例えば酸化銅(CuO)を除去することができる。 Under the above conditions, when the reactive gas is supplied from the gas supply unit 16 to the plasma generator and the high frequency power is applied to the voltage electrode 12 by the power source 14, the plasma is excited in the narrow gap between the voltage electrode 12 and the ground electrode 10. Then, hydrogen radicals are generated by this plasma. A plasma flow containing hydrogen radicals is blown onto the substrate 20 by the flow of the reaction gas. For example, when a copper plate is used as the substrate 20, when the copper plate is irradiated with a plasma flow containing hydrogen radicals, an oxide such as copper oxide (Cu 2 O) on the surface of the copper plate can be removed.

上述したように、実施の形態4にかかるプラズマ処理装置においても電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12を配置している。これにより、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射され、大気に開放された雰囲気中で基板表面を均一に表面処理することが可能である。   As described above, also in the plasma processing apparatus according to the fourth embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is the minimum gap dimension of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. The ground electrode 10 and the voltage electrode 12 are arranged so as to be larger than VG (VS> VG). As a result, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly surface-treated in an atmosphere open to the atmosphere by irradiating the substrate with a plasma flow uniformly from the gas outlet 24. It is possible.

実施の形態5.
図8は、実施の形態5にかかるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。実施の形態5にかかるプラズマ処理装置は、図1に示した電極構造(プラズマ発生器)において、接地電極10と基板20の被処理面との間隙の最小距離を、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSに対して小さく設定した構造を有する。すなわち、接地電極10が電圧電極12に対して基板20側の被処理面方向に突出し、接地電極10の電圧電極12に対する突出寸法Sが接地電極10と電圧電極12との間隙の最小隙間寸法VGよりも大(S>VG)とされている。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to the fifth embodiment. In the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment, the minimum distance of the gap between the ground electrode 10 and the surface to be processed of the substrate 20 in the electrode structure (plasma generator) shown in FIG. It has a structure that is set smaller than the minimum gap dimension VS of the gap with the surface to be processed. That is, the ground electrode 10 protrudes toward the surface to be processed on the substrate 20 side with respect to the voltage electrode 12, and the protrusion dimension S of the ground electrode 10 with respect to the voltage electrode 12 is the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. (S> VG).

上記のような構造を有することによる利点は2つある。1つ目の利点は、基板20として撓みやすい柔軟基板を用いた場合には、電圧電極12と基板20の被処理面との距離が変動しやすい。しかしながら、接地電極10の電圧電極12に対する突出寸法Sを接地電極10と電圧電極12との間隙の最小隙間寸法VGよりも大(S>VG)とすることで、基板20が撓んで接地電極10に接した場合でも、電圧電極12と基板20との距離VSを必ずVGより大きくすることができる。   There are two advantages of having the above structure. The first advantage is that when a flexible substrate that is easily bent is used as the substrate 20, the distance between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is likely to vary. However, when the projecting dimension S of the ground electrode 10 with respect to the voltage electrode 12 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 (S> VG), the substrate 20 is bent and the ground electrode 10 is bent. Even when in contact with the substrate, the distance VS between the voltage electrode 12 and the substrate 20 can always be larger than VG.

2つ目の利点は、接地電極10外への電界の漏れを極力減らすことができ、またプラズマで発生したイオンを接地電極10に集めることができ、ラジカル種を主体にしたプラズマ照射が可能となる。これにより、基板20に集積回路が形成されている場合であっても、イオンダメージなどによる集積回路の静電気破壊などの不具合を抑えることが可能となる。   The second advantage is that the leakage of the electric field to the outside of the ground electrode 10 can be reduced as much as possible, the ions generated in the plasma can be collected on the ground electrode 10, and plasma irradiation mainly based on radical species is possible. Become. Thereby, even if the integrated circuit is formed on the substrate 20, it is possible to suppress problems such as electrostatic breakdown of the integrated circuit due to ion damage or the like.

上述したように、実施の形態5にかかるプラズマ処理装置においては、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)とされている。これにより、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   As described above, in the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is the minimum gap of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. It is larger than the dimension VG (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with the plasma flow from the gas outlet 24.

したがって、実施の形態5にかかるプラズマ処理装置によれば、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、基板20の表面に対して均一な薄膜の成膜や加工処理が可能である。   Therefore, according to the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more, the surface of the substrate 20 is uniform. Thin film deposition and processing are possible.

また、実施の形態5にかかるプラズマ処理装置によれば、接地電極10が電圧電極12に対して基板20側の方向に突出し、接地電極10の電圧電極12に対する突出寸法Sが接地電極10と電圧電極12との間隙の最小隙間寸法VGよりも大(S>VG)とされている。これにより、電圧電極12と基板20の被処理面との距離が変動した場合でも、VS>VGの条件を確実に保持することができる。また、基板20への静電気損傷を防止しながら、基板20の表面に対して均一な薄膜の成膜や加工処理が可能である。   In the plasma processing apparatus according to the fifth embodiment, the ground electrode 10 protrudes in the direction toward the substrate 20 with respect to the voltage electrode 12, and the protrusion dimension S of the ground electrode 10 with respect to the voltage electrode 12 is equal to the voltage of the ground electrode 10. It is larger than the minimum gap dimension VG of the gap with the electrode 12 (S> VG). Thereby, even when the distance between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 varies, the condition of VS> VG can be reliably maintained. In addition, a uniform thin film can be formed and processed on the surface of the substrate 20 while preventing electrostatic damage to the substrate 20.

実施の形態6.
図9は、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。実施の形態6にかかるプラズマ処理装置は、実施の形態1にかかるプラズマ処理装置において、電源14が高周波電源61およびDC電源(もしくはパルス電源)62により構成されている。すなわち、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置は、直径方向の中心領域が中空部とされた円筒形状の接地電極10、接地電極10の中空部内の略中央部に該接地電極10と対向して配置された円柱形状の電圧電極12、電圧電極12に電力を印加する電源14、接地電極10と電圧電極12との間隙に反応ガスを供給するガス供給部16、被処理部材である基板20の被処理面が電圧電極12および接地電極10の軸方向と略垂直となるように基板20を保持するとともに電気的に接地された基板台18を備える。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to the sixth embodiment. In the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment, in the plasma processing apparatus according to the first embodiment, the power source 14 includes a high frequency power source 61 and a DC power source (or pulse power source) 62. That is, the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment has a cylindrical ground electrode 10 whose center region in the diametrical direction is a hollow portion, and is opposed to the ground electrode 10 at a substantially central portion in the hollow portion of the ground electrode 10. The cylindrical voltage electrode 12 arranged, a power source 14 for applying power to the voltage electrode 12, a gas supply unit 16 for supplying a reaction gas to the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, and a substrate 20 as a member to be processed. A substrate base 18 is provided which holds the substrate 20 and is electrically grounded so that the surface to be processed is substantially perpendicular to the axial direction of the voltage electrode 12 and the ground electrode 10.

また、接地電極10の内周面は、接地電極10の中心軸方向において異なる内径を有している。接地電極10の内周面は、中心軸方向の中央部近傍において傾斜部を有し、中心軸方向においてガスの導入口22(ガス流入側)の領域の内径が、ガスの噴出口24(ガスの流出側)の領域の内径よりも大とされている。そして、接地電極10と電圧電極12との間隙のうち、接地電極10の中心軸方向においてガスの流出側の領域(接地電極10と電圧電極12との間隙が狭い領域)がプラズマ発生部26となる。   Further, the inner peripheral surface of the ground electrode 10 has a different inner diameter in the central axis direction of the ground electrode 10. The inner peripheral surface of the ground electrode 10 has an inclined portion near the central portion in the central axis direction, and the inner diameter of the region of the gas inlet 22 (gas inflow side) in the central axis direction is the gas outlet 24 (gas The inner diameter of the region on the outflow side). Of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, the region on the gas outflow side in the central axis direction of the ground electrode 10 (the region where the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is narrow) Become.

そして、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12が配置されている。   Then, grounding is performed so that the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 (VS> VG). Electrode 10 and voltage electrode 12 are arranged.

電源14は、第1の電源である高周波電源61と、第2の電源であるDC電源(もしくはパルス電源)62とがバイアスティ63を介して電圧電極12につながれた構成とされる。そして、電圧電極12には、電圧波形が高周波波形である高周波電源61から出力される高周波信号とDC電源62から出力されるDC信号が印加される(もしくは高周波電源61から出力される高周波信号とパルス電源から出力されるパルス波形とが重畳された波形の電圧波形の信号)が印加される。ここでバイアスティ63を介して高周波電源61と、DC電源(もしくはパルス電源)62とを電圧電極12に繋ぐことで、高周波信号はDC電源62側に流れずに電圧電極12側へ流れる。バイアスティ63は、DC信号(もしくはパルス波形の信号)が高周波電源61側に流入させず、電圧電源12側に流入させる機能を有しており、例えば高周波信号とDC信号とを結合し、電圧電極12に供給する役割を果たす。高周波電源61が出力する高周波信号は周波数帯として例えば2MHzから400MHzの範囲を使用し、パルス波形の信号は高周波信号よりも周期を長くし、例えば数Hzから数KHzの範囲を用いる。   The power source 14 has a configuration in which a high frequency power source 61 as a first power source and a DC power source (or pulse power source) 62 as a second power source are connected to the voltage electrode 12 via a bias tee 63. A high-frequency signal output from the high-frequency power supply 61 whose voltage waveform is a high-frequency waveform and a DC signal output from the DC power supply 62 are applied to the voltage electrode 12 (or a high-frequency signal output from the high-frequency power supply 61 and A voltage waveform signal in which the pulse waveform output from the pulse power supply is superimposed is applied. Here, by connecting the high frequency power source 61 and the DC power source (or pulse power source) 62 to the voltage electrode 12 via the bias tee 63, the high frequency signal flows to the voltage electrode 12 side without flowing to the DC power source 62 side. The bias tee 63 has a function of causing a DC signal (or a signal having a pulse waveform) to flow into the voltage power supply 12 side without flowing into the high frequency power supply 61 side. For example, the bias tee 63 combines the high frequency signal and the DC signal to generate a voltage. It plays the role of supplying to the electrode 12. The high frequency signal output from the high frequency power supply 61 uses, for example, a range of 2 MHz to 400 MHz as the frequency band, and the pulse waveform signal has a longer period than the high frequency signal, for example, a range of several Hz to several KHz.

DC電力もしくはパルス電力を電圧電極12に加えることで電圧電極12のDC電位を制御することができ、電圧電極12に入射するイオンのエネルギーを制御することが可能となる。電源14が高周波電源61のみからなる場合は、電極構造や高周波電力量により値が異なるが電圧電極12は負の電圧を持つ。この電圧は高周波電力量、電極構造で決定されるので、高周波電力を固定して電圧電極12の電極電位のDC電位を制御することは困難である。   By applying DC power or pulse power to the voltage electrode 12, the DC potential of the voltage electrode 12 can be controlled, and the energy of ions incident on the voltage electrode 12 can be controlled. When the power source 14 is composed of only the high frequency power source 61, the voltage electrode 12 has a negative voltage although the value varies depending on the electrode structure and the high frequency power amount. Since this voltage is determined by the amount of high-frequency power and the electrode structure, it is difficult to control the DC potential of the electrode potential of the voltage electrode 12 while fixing the high-frequency power.

そこで、DC電力もしくはパルス電力を電圧電極12に加えることでイオンのエネルギーを制御し、例えば負のDC電位を高めてヘリウム(He)や水素(H)を主とするガスに微量のアルゴン(Ar)やキノセン(Xe)やクリプトン(Kr)を添加し、電圧電極12にアルゴン(Ar)イオン等を照射することで電圧電極12に付着した異物や酸化膜などを除去することが可能となる。ここでは、物理的な作用で酸化膜や異物等を除去するので、ガスの原子量はなるべく大きい方が良いが、ガスの経済性を考慮すると、アルゴン(Ar)の使用が妥当である。 Therefore, the energy of ions is controlled by applying DC power or pulse power to the voltage electrode 12. For example, a negative DC potential is increased, and a small amount of argon (He) (He) or hydrogen (H 2 ) is used as a main gas. By adding Ar), quinocene (Xe), or krypton (Kr) and irradiating the voltage electrode 12 with argon (Ar) ions or the like, it becomes possible to remove foreign matters or oxide films attached to the voltage electrode 12. . Here, since the oxide film and foreign matters are removed by physical action, the atomic weight of the gas should be as large as possible, but considering the economics of the gas, the use of argon (Ar) is appropriate.

また、電圧電極12に絶縁物が付着すると、その箇所が帯電して電界集中が発生することでアーク放電が発生しやすくなる。アーク放電は電圧電極12に損傷を与えるので、アーク放電をなるべく回避する必要がある。そこで、電圧電極12にパルス波形の電圧を加えて電圧電極12の電位を反転させることで、電圧電極12の部分的な帯電を除去し、アーク発生を起こり難くする効果が生まれる。例えば、100kHzでの繰り返しパルスにおいて、時間Duty比として0.3程度の時間で電圧電極12に+100Vを印加することで、アーク発生抑制の効果がある。   Moreover, when an insulator adheres to the voltage electrode 12, the portion is charged and electric field concentration occurs, so that arc discharge is likely to occur. Since the arc discharge damages the voltage electrode 12, it is necessary to avoid the arc discharge as much as possible. Therefore, by applying a voltage having a pulse waveform to the voltage electrode 12 and inverting the potential of the voltage electrode 12, an effect of removing partial charging of the voltage electrode 12 and making arc generation difficult to occur is produced. For example, in a repetitive pulse at 100 kHz, by applying +100 V to the voltage electrode 12 for a time duty ratio of about 0.3, there is an effect of suppressing arc generation.

上述したように、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置においては、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)とされている。これにより、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   As described above, in the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is the minimum gap of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. It is larger than the dimension VG (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with the plasma flow from the gas outlet 24.

したがって、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置によれば、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、基板20の表面に対して均一な薄膜の成膜や加工処理が可能である。   Therefore, according to the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more, it is uniform with respect to the surface of the substrate 20. Thin film deposition and processing are possible.

また、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置によれば、電源14として、高周波電源61と、DC電源もしくはパルス電源62とをバイアスティ63を介して電圧電極12につないだ構成を有し、高周波信号とDC信号とを結合した信号(もしくは高周波信号とパルス信号とを結合した信号)を電圧電極12に加えることができる。これにより、電圧電極12のDC電位を制御することができ、電圧電極12に入射するイオンのエネルギーを制御することができ、電圧電極12に付着した異物や酸化膜などをイオンにより除去することが可能である。   Further, the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment has a configuration in which the high-frequency power source 61 and the DC power source or the pulse power source 62 are connected to the voltage electrode 12 through the bias tee 63 as the power source 14. A signal obtained by combining the signal and the DC signal (or a signal obtained by combining the high-frequency signal and the pulse signal) can be applied to the voltage electrode 12. As a result, the DC potential of the voltage electrode 12 can be controlled, the energy of ions incident on the voltage electrode 12 can be controlled, and foreign matters or oxide films attached to the voltage electrode 12 can be removed by ions. Is possible.

実施の形態7
図10は、実施の形態7にかかるプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。実施の形態7にかかるプラズマ処理装置は、実施の形態1にかかるプラズマ処理装置において、基板20と基板台18とを電気的に絶縁した構成を有する。すなわち、実施の形態7にかかるプラズマ処理装置は、直径方向の中心領域が中空部とされた円筒形状の接地電極10、接地電極10の中空部内の略中央部に該接地電極10と対向して配置された円柱形状の電圧電極12、電圧電極12に電力を印加する電源14、接地電極10と電圧電極12との間隙に反応ガスを供給するガス供給部16、被処理部材である基板20の被処理面が電圧電極12および接地電極10の軸方向と略垂直となるように基板20を保持するとともに電気的に接地された金属材料からなる基板台18と、基板台18と基板20との間に配置されて該基板台18と該基板20とを電気的に絶縁する絶縁体71を備える。基板台18には、ヒータHが内蔵されている。
Embodiment 7
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of a plasma processing apparatus according to the seventh embodiment. The plasma processing apparatus according to the seventh embodiment has a configuration in which the substrate 20 and the substrate base 18 are electrically insulated from each other in the plasma processing apparatus according to the first embodiment. That is, the plasma processing apparatus according to the seventh embodiment has a cylindrical ground electrode 10 whose central region in the diametrical direction is a hollow portion, and is opposed to the ground electrode 10 at a substantially central portion in the hollow portion of the ground electrode 10. The cylindrical voltage electrode 12 arranged, a power source 14 for applying power to the voltage electrode 12, a gas supply unit 16 for supplying a reaction gas to the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, and a substrate 20 as a member to be processed. A substrate base 18 made of a metal material that holds the substrate 20 so that the surface to be processed is substantially perpendicular to the axial direction of the voltage electrode 12 and the ground electrode 10 and is electrically grounded; An insulator 71 is provided between the substrate base 18 and the substrate 20 so as to be electrically insulated from each other. A heater H is built in the substrate base 18.

また、接地電極10の内周面は、接地電極10の中心軸方向において異なる内径を有している。接地電極10の内周面は、中心軸方向の中央部近傍において傾斜部を有し、中心軸方向においてガスの導入口22(ガス流入側)の領域の内径が、ガスの噴出口24(ガスの流出側)の領域の内径よりも大とされている。そして、接地電極10と電圧電極12との間隙のうち、接地電極10の中心軸方向においてガスの流出側の領域(接地電極10と電圧電極12との間隙が狭い領域)がプラズマ発生部26となる。   Further, the inner peripheral surface of the ground electrode 10 has a different inner diameter in the central axis direction of the ground electrode 10. The inner peripheral surface of the ground electrode 10 has an inclined portion near the central portion in the central axis direction, and the inner diameter of the region of the gas inlet 22 (gas inflow side) in the central axis direction is the gas outlet 24 (gas The inner diameter of the region on the outflow side). Of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12, the region on the gas outflow side in the central axis direction of the ground electrode 10 (the region where the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is narrow) Become.

そして、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)となるように接地電極10および電圧電極12が配置されている。   Then, grounding is performed so that the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is larger than the minimum gap dimension VG of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 (VS> VG). Electrode 10 and voltage electrode 12 are arranged.

接地電極10、電圧電極12および電源14により、プラズマを発生させるプラズマ発生器が構成されている。また、接地電極10と電圧電極12との間隙が、ガス供給部16から供給される反応ガスの流路とされ、接地電極10と電圧電極12との間隙のうちガス供給部16側がガスの導入口22となり、基板20側がガスの噴出口24となり、基板20にプラズマ流が照射される。   The ground electrode 10, voltage electrode 12, and power source 14 constitute a plasma generator that generates plasma. The gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 is a flow path for the reaction gas supplied from the gas supply unit 16, and the gas supply unit 16 side of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12 introduces gas. The opening 22 becomes the gas outlet 24 on the substrate 20 side, and the substrate 20 is irradiated with the plasma flow.

基板台18と基板20との間に絶縁体71を設置することで、接地電極である基板台18と成膜が行われる基板20との間にキャパシタンス成分が生成され、電圧電極12からみた基板台18のインピーダンスを変化させることができる。そしてインピーダンスを変化させることで、基板20に掛かる電圧や電流の波形を変化させることが可能となり、基板20への電気ダメージを任意に調整することが可能となる。これにより、基板20への電気ダメージを抑制して基板20への成膜を行うことができる。   By installing the insulator 71 between the substrate base 18 and the substrate 20, a capacitance component is generated between the substrate base 18 that is a ground electrode and the substrate 20 on which film formation is performed, and the substrate viewed from the voltage electrode 12. The impedance of the base 18 can be changed. By changing the impedance, the waveform of the voltage and current applied to the substrate 20 can be changed, and the electrical damage to the substrate 20 can be arbitrarily adjusted. Thereby, the electric damage to the board | substrate 20 can be suppressed and the film-forming to the board | substrate 20 can be performed.

また、絶縁体71としては例えば石英板を用いることができ、その板厚としては0.5mmから3mm程度が好ましい。絶縁体71の厚みがこれ以上の厚みであると、基板台18に内蔵されたヒータHにより基板20を加熱する際に、絶縁体71により温度勾配が発生するため、基板20の温度制御が困難となる。   Further, for example, a quartz plate can be used as the insulator 71, and the plate thickness is preferably about 0.5 mm to 3 mm. If the thickness of the insulator 71 is greater than this, a temperature gradient is generated by the insulator 71 when the substrate 20 is heated by the heater H built in the substrate stand 18, so that it is difficult to control the temperature of the substrate 20. It becomes.

上述したように、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置においては、電圧電極12と基板20の被処理面との間隙の最小間隙寸法VSが、接地電極10と電圧電極12との間隙の最小間隙寸法VGよりも大(VS>VG)とされている。これにより、VSをVGに比べて大きくすることで、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、ガスの噴出口24からプラズマ流が均一に基板に照射される。   As described above, in the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment, the minimum gap dimension VS of the gap between the voltage electrode 12 and the surface to be processed of the substrate 20 is the minimum gap of the gap between the ground electrode 10 and the voltage electrode 12. It is larger than the dimension VG (VS> VG). Thus, by increasing VS as compared with VG, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate, the substrate is uniformly irradiated with the plasma flow from the gas outlet 24.

したがって、実施の形態6にかかるプラズマ処理装置によれば、例えば10Torr以上の比較的高い圧力下において、基板20が半導体基板や導電性基板である場合においても、基板20の表面に対して均一な薄膜の成膜や加工処理が可能である。   Therefore, according to the plasma processing apparatus according to the sixth embodiment, even when the substrate 20 is a semiconductor substrate or a conductive substrate under a relatively high pressure of, for example, 10 Torr or more, it is uniform with respect to the surface of the substrate 20. Thin film deposition and processing are possible.

また、実施の形態7にかかるプラズマ処理装置によれば、電気的に接地された金属材料からなる基板台18と基板20との間に配置されて該基板台18と該基板20とを電気的に絶縁する絶縁体71を備える。これにより、電圧電極12からみた基板台18のインピーダンスを変化させることができ、基板20に掛かる電圧や電流の波形を変化させることが可能となり、基板20への電気ダメージを調整して成膜することが可能となる。   Further, according to the plasma processing apparatus of the seventh embodiment, the substrate base 18 and the substrate 20 are electrically connected by being arranged between the substrate base 18 and the substrate 20 made of an electrically grounded metal material. An insulator 71 is provided for insulation. As a result, the impedance of the substrate base 18 viewed from the voltage electrode 12 can be changed, the waveform of the voltage and current applied to the substrate 20 can be changed, and the electrical damage to the substrate 20 is adjusted to form a film. It becomes possible.

以上のように、本発明にかかるプラズマ処理装置は、反応ガスのガス圧力が高い条件において、半導体や導電性などの抵抗値の低い被処理部材に対して成膜等のプラズマ処理を行う場合に有用である。   As described above, the plasma processing apparatus according to the present invention is used when performing plasma processing such as film formation on a target member having a low resistance value such as a semiconductor or conductivity under the condition that the gas pressure of the reaction gas is high. Useful.

10 接地電極
12 電圧電極
12a 円柱状突起
14 電源
16 ガス供給部
18 基板台
20 基板
22 ガスの導入口
24 ガスの噴出口
26 プラズマ発生部
28 絶縁膜
28a 絶縁体
30 プラズマ流
32 直流電圧源
34 交流電圧源
36 真空容器
38 真空ポンプ
40 圧力調整弁
42 吸引管
44 絶縁体
46 シリコン膜
48 ガス流路
50 放熱板
52 圧力計
61 高周波電源
62 DC電源(パルス電源)
63 バイアスティ
71 絶縁体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ground electrode 12 Voltage electrode 12a Cylindrical protrusion 14 Power supply 16 Gas supply part 18 Substrate stand 20 Substrate 22 Gas inlet 24 Gas jet 26 Plasma generating part 28 Insulating film 28a Insulator 30 Plasma flow 32 DC voltage source 34 AC Voltage source 36 Vacuum vessel 38 Vacuum pump 40 Pressure regulating valve 42 Suction tube 44 Insulator 46 Silicon film 48 Gas flow path 50 Heat sink 52 Pressure gauge 61 High frequency power supply 62 DC power supply (pulse power supply)
63 Bias tee 71 Insulator

Claims (11)

第1電極および接地された第2電極との間隙にプラズマを発生させるプラズマ発生器と、前記第1電極に電力を印可する電源と、前記第1電極と第2電極との間隙に反応ガスを供給するガス供給源と、を備え、前記電源により前記第1電極に電力を印加して前記第1電極と前記第2電極との間隙に電界を発生させた状態で前記第1電極と前記第2電極との間隙に前記反応ガスを流通させることにより前記反応ガスをプラズマ化させたプラズマ流を、前記プラズマ流の前記プラズマ発生器からの噴出方向が被処理面と略垂直となるように配置された被処理部材に照射するプラズマ処理装置であって、
前記第1電極と前記被処理面との間隙の最小間隙寸法が、前記プラズマ発生器において前記プラズマ流を噴出する噴出部近傍における前記第1電極と前記第2電極との間隙の最小間隙寸法より大であること、
を特徴とするプラズマ処理装置。
A plasma generator for generating plasma in a gap between the first electrode and the grounded second electrode; a power source for applying electric power to the first electrode; and a reactive gas in the gap between the first electrode and the second electrode. A gas supply source for supplying the electric power to the first electrode by the power source to generate an electric field in the gap between the first electrode and the second electrode. A plasma flow in which the reaction gas is converted into plasma by circulating the reaction gas through a gap between two electrodes is arranged so that the direction of ejection of the plasma flow from the plasma generator is substantially perpendicular to the surface to be processed. A plasma processing apparatus for irradiating the processed member,
The minimum gap size of the gap between the first electrode and the surface to be processed is smaller than the minimum gap size of the gap between the first electrode and the second electrode in the vicinity of the jetting portion for jetting the plasma flow in the plasma generator. Being big,
A plasma processing apparatus.
前記第1電極および前記第2電極のうち少なくとも一方における他方の電極に対向する面に絶縁膜が被覆されていること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
An insulating film is coated on a surface of at least one of the first electrode and the second electrode facing the other electrode;
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記プラズマ流を前記被処理面に照射することにより、前記被処理面に前記反応ガスの成分を含む被膜を成膜すること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
Irradiating the surface to be processed with the plasma flow to form a film containing the component of the reactive gas on the surface to be processed;
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記第1電極および前記第2電極のうち少なくとも一方における他方の電極に対向する面に、前記成膜する被膜と略同一の組成からなる材料が被覆されていること、
を特徴とする請求項3に記載のプラズマ処理装置。
The surface of at least one of the first electrode and the second electrode facing the other electrode is coated with a material having substantially the same composition as the film to be formed,
The plasma processing apparatus according to claim 3.
前記プラズマ発生器を複数備え、複数の前記プラズマ発生器から前記被処理面に対して前記プラズマ流を同時に照射すること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
A plurality of the plasma generators, simultaneously irradiating the plasma flow from the plurality of plasma generators to the surface to be processed;
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記第1電極および前記第2電極の少なくとも一方を冷却すること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
Cooling at least one of the first electrode and the second electrode;
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記第1電極と前記第2電極との間隙を流通する前記反応ガスのガス圧力が、前記第1電極と前記第2電極との間隙の外部の外気圧力よりも大であること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The gas pressure of the reaction gas flowing through the gap between the first electrode and the second electrode is greater than the outside air pressure outside the gap between the first electrode and the second electrode;
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記プラズマ発生器および前記被処理部材が大気中に配置され、大気雰囲気中において前記プラズマ発生器から前記被処理面に対して前記プラズマ流を照射すること、
を特徴とする請求項7に記載のプラズマ処理装置。
The plasma generator and the member to be processed are disposed in the atmosphere, and the plasma flow is irradiated from the plasma generator to the surface to be processed in the air atmosphere;
The plasma processing apparatus according to claim 7.
前記第2電極が前記第1電極に対して前記被処理面側の方向に突出し、前記第2電極の前記第1電極に対する突出寸法が前記第1電極と前記第2電極との間隙の最小隙間寸法よりも大であること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The second electrode protrudes in the direction of the surface to be processed with respect to the first electrode, and the protrusion dimension of the second electrode with respect to the first electrode is the minimum gap of the gap between the first electrode and the second electrode Be larger than the dimensions,
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記電源として、電圧波形が高周波波形の電力を出力する第1の電源と、DC電力または電圧波形が前記高周波波形よりも周期の長いパルス波形の電力を出力する第2の電源とを備えること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The power source includes a first power source that outputs power having a high-frequency waveform as a voltage waveform, and a second power source that outputs power having a pulse waveform whose cycle is longer than that of the high-frequency waveform as a DC power or a voltage waveform.
The plasma processing apparatus according to claim 1.
前記被処理部材が、前記プラズマ流の前記プラズマ発生器からの噴出方向が前記被処理面と略垂直となるように前記被処理部材を保持する電気的に接地された保持部材上に、絶縁体を介して保持されること、
を特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
An insulator is disposed on an electrically grounded holding member that holds the member to be processed such that a jet direction of the plasma flow from the plasma generator is substantially perpendicular to the surface to be processed. Being held through,
The plasma processing apparatus according to claim 1.
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