JP5034245B2 - Plasma discharge treatment apparatus and plasma discharge treatment method - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマ放電処理装置およびプラズマ放電処理方法に係り、特に、大気圧近傍の圧力下で行うプラズマ放電処理に用いられるN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを用いたプラズマ放電処理装置およびプラズマ放電処理方法に関する。 The present invention relates to a plasma discharge treatment apparatus and a plasma discharge treatment method, in particular, a plasma discharge using the plasma discharging treatment gas containing N 4 + ions used in the plasma discharge treatment carried out at a pressure in the vicinity of atmospheric pressure The present invention relates to a processing apparatus and a plasma discharge processing method.

近年、基材表面に対する薄膜堆積やエッチング、洗浄、親水化、疎水化等の各種処理を行う方法や装置として、放電ガスと原料ガス、反応性ガス等の混合ガスを対向電極間の放電によりプラズマ化してプラズマ放電処理用ガスを生成し、そのガスを用いてプラズマ放電処理を行う技術の開発が進められている。   In recent years, as a method and apparatus for performing various processes such as thin film deposition, etching, cleaning, hydrophilization, and hydrophobization on the surface of a substrate, a mixed gas such as a discharge gas, a source gas, and a reactive gas is generated by discharge between counter electrodes. Development of a technique for generating a plasma discharge treatment gas and performing a plasma discharge treatment using the gas has been underway.

プラズマ放電処理方法としては、従来から、ヘリウムやアルゴン等の希ガスからなる放電ガスに原料ガス等を混合し、数Pa程度の低圧下で対向電極間の放電空間に導入してプラズマ放電処理を行う方法が知られている(例えば、特許文献1〜3等参照)。しかし、このような低圧下での処理では、装置の高度な気密性が要求され、さらに減圧のためにポンプ等の減圧手段が必要になること等から、装置が大型化し、コスト高を招く等の問題があった。   Conventionally, as a plasma discharge treatment method, a raw material gas or the like is mixed with a discharge gas composed of a rare gas such as helium or argon, and introduced into a discharge space between opposing electrodes under a low pressure of about several Pa. The method of performing is known (for example, refer patent documents 1-3 etc.). However, in such processing under low pressure, a high degree of airtightness of the apparatus is required, and a pressure reducing means such as a pump is required for pressure reduction. There was a problem.

そこで、近年、前記問題を解決するとともに、より高圧の条件下での表面処理性能の向上、すなわち、例えば、成膜レート等の向上への期待から、より高い圧力下、特に大気圧近傍の圧力下でのプラズマ放電処理方法が開発されている(例えば、特許文献4、5等参照)。また、近年、放電ガスとして、従来の希ガスに代えて、より安価な窒素ガスが用いられるようになっている(例えば、特許文献6、7等参照)。   Therefore, in recent years, the above problems have been solved, and surface treatment performance under higher pressure conditions has been improved, that is, for example, the expectation for improvement in film formation rate, etc. The following plasma discharge treatment methods have been developed (see, for example, Patent Documents 4 and 5). In recent years, a cheaper nitrogen gas has been used as a discharge gas in place of a conventional rare gas (see, for example, Patent Documents 6 and 7).

しかし、大気圧近傍の圧力下で窒素ガスに放電を行う場合、希ガス等に比べて放電を開始するための電界強度を高くする必要が生じるが、その際、単に対向電極間の電界を高くすると電極間の放電が容易にアーク放電に移行してしまい、所定の放電処理を行うことができなかった。   However, when discharging to nitrogen gas under a pressure near atmospheric pressure, it is necessary to increase the electric field strength for starting the discharge as compared with noble gas, etc. Then, the discharge between the electrodes easily shifted to arc discharge, and a predetermined discharge treatment could not be performed.

そのため、対向電極間の放電空間に2つの高周波電界を重畳した電界を印加したり(特許文献6参照)、パルス状の電界を印加する(特許文献7参照)ことで、アーク放電の発生を回避する方法が知られている。これらの方法の採用により、大気圧近傍の圧力下での窒素ガス放電でも、アーク放電の発生が回避され、十分安定な放電状態が得られる。
特開2000−36255号公報 特開2000−38688号公報 特開2000−277495号公報 特開2000−72903号公報 特開2000−82595号公報 特開2004−68143号公報 特開2002−155370号公報
Therefore, the occurrence of arc discharge is avoided by applying an electric field in which two high-frequency electric fields are superimposed on the discharge space between the counter electrodes (see Patent Document 6) or by applying a pulsed electric field (see Patent Document 7). How to do is known. By adopting these methods, the occurrence of arc discharge is avoided even in nitrogen gas discharge under a pressure near atmospheric pressure, and a sufficiently stable discharge state can be obtained.
JP 2000-36255 A JP 2000-38888 A JP 2000-277495 A JP 2000-72903 A JP 2000-82595 A JP 2004-68143 A JP 2002-155370 A

しかしながら、これらの方法では、放電状態は安定するものの、放電空間におけるプラズマ放電処理用ガスのいわゆるプラズマ密度、すなわち、ガス中の電子やイオン、励起分子種等の密度が低くなる場合があり、十分に良質な膜形成が行われないなどプラズマ放電処理が必ずしも十分に良好に行われない場合があった。   However, in these methods, although the discharge state is stable, the so-called plasma density of the plasma discharge treatment gas in the discharge space, that is, the density of electrons, ions, excited molecular species, etc. in the gas may be low, which is sufficient In some cases, the plasma discharge treatment is not always performed satisfactorily, such as when a high-quality film is not formed.

そのため、大気圧近傍の圧力下で窒素ガスを放電ガスとするプラズマ放電処理用ガスを用いて処理を行う際に、良好な結果を得ることができる処理条件やプラズマ放電処理装置の制御条件の確立が強く望まれていた。   Therefore, when processing is performed using a plasma discharge processing gas that uses nitrogen gas as a discharge gas under a pressure close to atmospheric pressure, processing conditions that can provide good results and control conditions for the plasma discharge processing apparatus are established. Was strongly desired.

そこで、本発明は、窒素ガスを放電ガスとするプラズマ放電処理用ガスを用いて大気圧近傍の圧力下で行う薄膜堆積や洗浄等の各種のプラズマ放電処理において、良好な処理を行うことが可能なプラズマ放電処理用ガスを用いたプラズマ放電処理装置およびプラズマ放電処理方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention can perform a satisfactory process in various plasma discharge processes such as thin film deposition and cleaning performed under a pressure near atmospheric pressure using a plasma discharge process gas using nitrogen gas as a discharge gas. and an object thereof is to provide a plasma discharge treatment apparatus and a plasma discharge treatment method using the plasma discharge processing gas.

前述の問題を解決するために、請求項に記載のプラズマ放電処理装置は、
対向して配設された一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に、窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
大気圧近傍の圧力下で、前記ガス供給手段により前記一対の電極間に前記混合ガスを供給し、前記電圧印加手段から前記一対の電極間に周期的に変化する電圧をそれぞれ供給することにより前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が8.0×1016〜1×1020[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とする。
In order to solve the above-described problem, the plasma discharge processing apparatus according to claim 1 is:
A pair of electrodes disposed opposite to each other;
Voltage applying means for applying a voltage to the pair of electrodes;
A gas supply means for supplying a mixed gas containing a discharge gas and a reaction gas containing nitrogen as a main component between the pair of electrodes;
With
The gas supply means supplies the mixed gas between the pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and the voltage application means supplies a periodically changing voltage between the pair of electrodes. By applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes, a discharge is generated between the pair of electrodes via the mixed gas, and the mixed gas is turned into plasma, so that the time average density is 8.0 × 10 8. A plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions in a range of 16 to 1 × 10 20 [m −3 ] is generated, and a plasma discharge treatment is performed on the substrate using the generated plasma discharge treatment gas. It is characterized by.

請求項に記載のプラズマ放電処理装置は、
対向して配設された一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に、窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
大気圧近傍の圧力下で、前記ガス供給手段により前記一対の電極間に前記混合ガスを供給し、前記電圧印加手段から前記一対の電極間に周期的に変化する電圧をそれぞれ供給することにより前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が1.2×1017〜1×1019[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とする。
The plasma discharge processing apparatus according to claim 2 ,
A pair of electrodes disposed opposite to each other;
Voltage applying means for applying a voltage to the pair of electrodes;
A gas supply means for supplying a mixed gas containing a discharge gas and a reaction gas containing nitrogen as a main component between the pair of electrodes;
With
The gas supply means supplies the mixed gas between the pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and the voltage application means supplies a periodically changing voltage between the pair of electrodes. By applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes, a discharge is generated between the pair of electrodes via the mixed gas, and the mixed gas is turned into plasma, and the time average density is 1.2 × 10 6. A plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions in a range of 17 to 1 × 10 19 [m −3 ] is generated, and a plasma discharge treatment is performed on the substrate using the generated plasma discharge treatment gas. It is characterized by.

請求項に記載のプラズマ放電処理装置は、
対向して配設された一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に、窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
大気圧近傍の圧力下で、前記ガス供給手段により前記一対の電極間に前記混合ガスを供給し、前記電圧印加手段から前記一対の電極間に周期的に変化する電圧をそれぞれ供給することにより前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が2.0×1017〜4×1017[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とする。
The plasma discharge treatment apparatus according to claim 3 is:
A pair of electrodes disposed opposite to each other;
Voltage applying means for applying a voltage to the pair of electrodes;
A gas supply means for supplying a mixed gas containing a discharge gas and a reaction gas containing nitrogen as a main component between the pair of electrodes;
With
The gas supply means supplies the mixed gas between the pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and the voltage application means supplies a periodically changing voltage between the pair of electrodes. By applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes, a discharge is generated between the pair of electrodes via the mixed gas, and the mixed gas is turned into plasma, and the time average density is 2.0 × 10 6. A plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions in a range of 17 to 4 × 10 17 [m −3 ] is generated, and the substrate is subjected to plasma discharge treatment using the generated plasma discharge treatment gas. It is characterized by.

請求項に記載のプラズマ放電処理方法は、
大気圧近傍の圧力下で、一対の電極間に周期的に変化する電界をかけて行うプラズマ放電処理方法であって、
前記一対の電極間に窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給し、前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が8.0×1016〜1×1020[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とする。
The plasma discharge processing method according to claim 4 comprises:
A plasma discharge treatment method performed by applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure,
A gas mixture containing a discharge gas containing nitrogen as a main component and a reaction gas is supplied between the pair of electrodes, and an electric field that periodically changes is applied between the pair of electrodes, whereby the pair of electrodes is interposed via the gas mixture. A plasma discharge containing N 4 + ions having a time average density in the range of 8.0 × 10 16 to 1 × 10 20 [m −3 ] by causing discharge between the electrodes of the mixture to be plasmatized. A processing gas is generated, and a plasma discharge process is performed on the substrate using the generated plasma discharge processing gas.

請求項に記載のプラズマ放電処理方法は、
大気圧近傍の圧力下で、一対の電極間に周期的に変化する電界をかけて行うプラズマ放電処理方法であって、
前記一対の電極間に窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給し、前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が1.2×1017〜1×1019[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とする。
The plasma discharge processing method according to claim 5 comprises:
A plasma discharge treatment method performed by applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure,
A gas mixture containing a discharge gas containing nitrogen as a main component and a reaction gas is supplied between the pair of electrodes, and an electric field that periodically changes is applied between the pair of electrodes, whereby the pair of electrodes is interposed via the gas mixture. A plasma discharge containing N 4 + ions having a time average density in the range of 1.2 × 10 17 to 1 × 10 19 [m −3 ] by causing a discharge between the electrodes of the mixture to be plasmatized. A processing gas is generated, and a plasma discharge process is performed on the substrate using the generated plasma discharge processing gas.

請求項に記載のプラズマ放電処理方法は、
大気圧近傍の圧力下で、一対の電極間に周期的に変化する電界をかけて行うプラズマ放電処理方法であって、
前記一対の電極間に窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給し、前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が2.0×1017〜4×1017[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とする。
請求項に記載の発明は、請求項から請求項のいずれか一項に記載のプラズマ放電処理方法において、前記N イオンの時間平均密度を、電流密度の値を変動させて制御することを特徴とする。
The plasma discharge treatment method according to claim 6 comprises:
A plasma discharge treatment method performed by applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure,
A gas mixture containing a discharge gas containing nitrogen as a main component and a reaction gas is supplied between the pair of electrodes, and an electric field that periodically changes is applied between the pair of electrodes, whereby the pair of electrodes is interposed via the gas mixture. A plasma discharge containing N 4 + ions having a time average density in the range of 2.0 × 10 17 to 4 × 10 17 [m −3 ] by causing a discharge between the electrodes of the mixture to be plasmatized. A processing gas is generated, and a plasma discharge process is performed on the substrate using the generated plasma discharge processing gas.
Invention according to claim 7, in the plasma discharge treatment method according to any one of claims 6 claims 4, a time average density of the N 4 + ions, by varying the value of the current density control It is characterized by doing.

請求項1から請求項に記載の発明によれば、プラズマ放電処理用ガスは、大気圧近傍の圧力下で放電空間に導入され、例えば、対向電極あるいは対向電極の一方の電極に周期的に変化する電圧を印加することにより放電空間に生じる周期的に変化する電界によりプラズマ化する。その際、プラズマ放電処理用ガス中にはN イオンが時間平均密度として8.0×1016[m−3]以上含有される。その際、N イオンが時間平均密度は、1.2×1017[m−3]以上であればより好ましく、2.0×1017[m−3]以上であればさらに好ましい。 According to the first to third aspects of the present invention, the plasma discharge treatment gas is introduced into the discharge space under a pressure near atmospheric pressure, and is periodically applied to, for example, the counter electrode or one of the counter electrodes. By applying a changing voltage, the plasma is generated by a periodically changing electric field generated in the discharge space. At that time, N 4 + ions are contained in the plasma discharge treatment gas at a time average density of 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more. At that time, the time average density of N 4 + ions is more preferably 1.2 × 10 17 [m −3 ] or more, and further preferably 2.0 × 10 17 [m −3 ] or more.

請求項から請求項に記載の発明によれば、このようにして生成されたプラズマ放電処理用ガスを用いて所定のプラズマ放電処理を行う。
また、請求項に記載の発明によれば、前記プラズマ放電処理方法において、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度と良好な相関を有する電流密度のピーク値を変動させることでプラズマ放電処理用ガス中のN イオンの密度を制御する。
According to the invention described in claims 4 to 6 , the predetermined plasma discharge treatment is performed using the plasma discharge treatment gas thus generated.
According to the invention described in claim 7 , in the plasma discharge processing method, the peak value of the current density having a good correlation with the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas is changed. To control the density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas.

請求項1から請求項に記載の発明によれば、時間平均密度が8.0×1016[m−3]以上、より好ましくは1.2×1017[m−3]以上、さらに好ましくは2.0×1017[m−3]以上のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、それを用いて各種のプラズマ放電処理を行うことで、窒素ガスを主成分とするプラズマ放電処理用ガスでも大気圧近傍の圧力下で実用にたえる良好な処理を行うことが可能となる。 According to the invention described in claims 1 to 6 , the time average density is 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more, more preferably 1.2 × 10 17 [m −3 ] or more, and further preferably. Generates plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions of 2.0 × 10 17 [m −3 ] or more, and performs various plasma discharge treatments using the gas, thereby containing nitrogen gas as a main component. Even with the plasma discharge treatment gas, it is possible to carry out a good treatment that is practical for use under a pressure near atmospheric pressure.

イオン自体は、プラズマ放電処理には直接関与するか否かは不明であるが、その時間平均密度はプラズマ放電処理用ガスのプラズマ密度の高さやそのプラズマ状態の安定性を示す指標であると考えられ、従来のように経験的あるいは試行錯誤的にプラズマ放電処理装置の制御パラメータを調整する代わりに、本発明のように、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度が8.0×1016[m−3]以上、より好ましくは1.2×1017[m−3]以上、さらに好ましくは2.0×1017[m−3]以上になるようにプラズマ放電処理装置の制御パラメータを制御することで良好なプラズマ放電処理を行うことが可能となる。 It is unclear whether N 4 + ions themselves are directly involved in the plasma discharge treatment, but the time average density is an index indicating the high plasma density of the plasma discharge treatment gas and the stability of the plasma state. Instead of adjusting the control parameters of the plasma discharge processing apparatus empirically or by trial and error as in the prior art, the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas is used as in the present invention. Is 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more, more preferably 1.2 × 10 17 [m −3 ] or more, and even more preferably 2.0 × 10 17 [m −3 ] or more. By controlling the control parameters of the discharge treatment apparatus, it is possible to perform a good plasma discharge treatment.

また、請求項に記載の発明によれば、前記プラズマ放電処理方法において、プラズマ放電処理装置の制御パラメータを調整して、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度と良好な相関を有する電流密度のピーク値を変動させることで、容易にプラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度を設定することが可能となり、前記請求項に記載の発明の効果を効率良く発揮させることが可能となる。 According to the seventh aspect of the present invention, in the plasma discharge processing method, the control parameter of the plasma discharge processing apparatus is adjusted to improve the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas. By varying the peak value of the current density having the correlation, it is possible to easily set the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas, and the effect of the invention according to the claim can be efficiently performed. It will be possible to perform well.

以下、本発明に係るプラズマ放電処理用ガス、プラズマ放電処理用ガスの生成方法およびプラズマ放電処理方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of a plasma discharge treatment gas, a plasma discharge treatment gas generation method, and a plasma discharge treatment method according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

(プラズマ放電処理装置について)
まず、本実施形態に係るプラズマ放電処理用ガスが生成され、それを用いてプラズマ放電処理が行われるプラズマ放電処理装置について説明する。なお、プラズマ放電処理装置は、以下に述べるようにプラズマ放電処理用ガスを生成させた直後に、あるいはプラズマプラズマ放電処理用ガスを生成させると同時に、それを用いてプラズマ放電処理を行うものであり、プラズマ生成装置の機能をも具備している。
(About plasma discharge treatment equipment)
First, a plasma discharge processing apparatus in which a plasma discharge processing gas according to the present embodiment is generated and plasma discharge processing is performed using the gas will be described. The plasma discharge processing apparatus performs plasma discharge processing using the plasma discharge processing gas immediately after generating the plasma discharge processing gas as described below, or at the same time as generating the plasma plasma discharge processing gas. It also has the function of a plasma generator.

本実施形態のプラズマ放電処理装置10は、図1に示すように、対向電極とされた第1電極11および第2電極12、および2つの電極11、12に電圧を印加する電圧印加手段を備えている。プラズマ放電処理装置10には、このほかに、図示を省略するが、混合ガスを供給するガス供給手段や電極温度調節手段、制御手段等が設けられている。   As shown in FIG. 1, the plasma discharge treatment apparatus 10 of the present embodiment includes a first electrode 11 and a second electrode 12 that are counter electrodes, and a voltage applying unit that applies a voltage to the two electrodes 11 and 12. ing. In addition to this, the plasma discharge processing apparatus 10 is provided with a gas supply means for supplying a mixed gas, an electrode temperature adjusting means, a control means, and the like, although not shown.

第1電極11および第2電極12には、それぞれ第1フィルタ13および第2フィルタ14を介して第1電源15および第2電源16が接続されている。第1フィルタ13は、第1電源15から第1電極11への電流を通過し易くし、同時に、第2電源16からの電流をアースして第1電源15への電流が通過し難くなるように設計されている。第2フィルタ14も第2電源16および第2電極12に対して同様に機能するようになっている。   A first power supply 15 and a second power supply 16 are connected to the first electrode 11 and the second electrode 12 via a first filter 13 and a second filter 14, respectively. The first filter 13 facilitates the passage of current from the first power supply 15 to the first electrode 11, and at the same time grounds the current from the second power supply 16 so that the current to the first power supply 15 is difficult to pass. Designed to. The second filter 14 functions similarly with respect to the second power supply 16 and the second electrode 12.

第1電極11および第2電極12には、前記第1電源15および第2電源16から周期的に変化する電圧がそれぞれ供給されるようになっており、それにより、2つの電極間に生じる電界が周期的に変化するようになっている。   The first electrode 11 and the second electrode 12 are supplied with periodically changing voltages from the first power source 15 and the second power source 16, respectively, whereby an electric field generated between the two electrodes. Changes periodically.

また、第1電極11と第2電極12との電極間距離は、通常、1mm程度に設定されているが、図示しない移動手段により電極間距離は可変とされている。両電極の上方には、放電ガス、原料ガスおよび反応性ガスよりなる混合ガスGを両電極間の放電空間17に供給するための図示しないガス供給手段が配設されており、第1電極11と第2電極12との間で高周波の電界が生じている放電空間17にガス供給手段から混合ガスGが導入されると、混合ガスGを介して両電極間で放電が生じ、混合ガスGがプラズマ化されて、プラズマ放電処理用ガスG°が生成されるようになっている。   The interelectrode distance between the first electrode 11 and the second electrode 12 is normally set to about 1 mm, but the interelectrode distance is variable by a moving means (not shown). Above both electrodes, a gas supply means (not shown) for supplying a mixed gas G composed of a discharge gas, a raw material gas and a reactive gas to the discharge space 17 between the two electrodes is disposed. When the mixed gas G is introduced from the gas supply means into the discharge space 17 where a high-frequency electric field is generated between the first electrode 12 and the second electrode 12, a discharge occurs between the two electrodes via the mixed gas G, and the mixed gas G Is converted into plasma to generate plasma discharge processing gas G °.

プラズマ放電処理用ガスG°は、放電空間17の下方にジェット状に噴出され、第1電極11および第2電極12の各下面と支持板18に裏面側から支持された基材Fとで構成される処理空間がプラズマ放電処理用ガスG°で満たされ、基材Fの表面の処理位置19付近で薄膜が形成され或いはエッチングされる等の表面処理が行われるようになっている。放電処理済みの処理排ガスは、図示しない排気口より排出されるようになっている。   The plasma discharge processing gas G ° is ejected in the form of a jet below the discharge space 17 and is composed of the lower surfaces of the first electrode 11 and the second electrode 12 and the base material F supported by the support plate 18 from the back surface side. The treatment space to be filled is filled with the plasma discharge treatment gas G °, and a surface treatment such as forming or etching a thin film near the treatment position 19 on the surface of the substrate F is performed. The treated exhaust gas after the discharge treatment is discharged from an exhaust port (not shown).

なお、第1電極11、第2電極12および支持板18の少なくとも混合ガスGやプラズマ放電処理用ガスG°に接する面は、それぞれ誘電体20、21、22で被覆されている。誘電体20、21、22としては、アルミナ、窒化ケイ素等のセラミックス或いはケイ酸塩系ガラス、ホウ酸塩系ガラス等のガラスライニング材等が好ましく用いられる。   Note that at least the surfaces of the first electrode 11, the second electrode 12, and the support plate 18 that are in contact with the mixed gas G and the plasma discharge processing gas G ° are covered with dielectrics 20, 21, and 22, respectively. As the dielectrics 20, 21, and 22, ceramics such as alumina and silicon nitride, or glass lining materials such as silicate glass and borate glass are preferably used.

また、支持板18に電圧が印加され、或いは支持板18が接地されるように構成することも可能であり、さらに、第1電極11と第2電極12とを前記のような2周波放電とする代わりに、例えば、第1電極11あるいは第2電極12のいずれか一方を接地するように構成することも可能である。   It is also possible to configure so that a voltage is applied to the support plate 18 or the support plate 18 is grounded. Further, the first electrode 11 and the second electrode 12 are subjected to the two-frequency discharge as described above. Instead of this, for example, either the first electrode 11 or the second electrode 12 can be configured to be grounded.

プラズマ放電処理装置は、前記構成例のほかにも、例えば、図2に示すような構成とすることも可能である。この構成例では、プラズマ放電処理装置30は、対向電極とされた第1電極31および第2電極32、および2つの電極31、32に電圧を印加する第1電源33および第2電源34を備えている。図2では、電極と電源との間に介在するフィルタは図示を省略されているが、適宜設けられる。   In addition to the above configuration example, the plasma discharge processing apparatus can be configured as shown in FIG. 2, for example. In this configuration example, the plasma discharge processing apparatus 30 includes a first power source 33 and a second power source 34 that apply voltages to the first electrode 31 and the second electrode 32 that are counter electrodes, and the two electrodes 31 and 32. ing. In FIG. 2, the filter interposed between the electrode and the power source is not shown, but is provided as appropriate.

第1電極31および第2電極32には、第1電源33および第2電源34から周期的に変化する電圧がそれぞれ供給されるようになっており、それにより、2つの電極間に生じる電界が周期的に変化するようになっている。印加される電圧や周波数、出力密度は前記構成例と同様であり、適宜適正な値に変更可能とされている。また、第1電極31と第2電極32との電極間距離は、図示しない移動手段により可変とされている。   The first electrode 31 and the second electrode 32 are supplied with periodically changing voltages from the first power supply 33 and the second power supply 34, respectively, so that an electric field generated between the two electrodes is generated. It changes periodically. The applied voltage, frequency, and output density are the same as those in the above configuration example, and can be appropriately changed to appropriate values. The interelectrode distance between the first electrode 31 and the second electrode 32 is variable by a moving means (not shown).

両電源33、34の水平方向の一方側には、放電ガス、原料ガスおよび反応性ガスよりなる混合ガスを両電極間に形成された放電空間35に供給するためのガス供給装置36が配設されており、ガス供給装置36には、混合ガスを放電空間35に噴出するためのノズル37が設けられている。放電空間35では、第1電極31と第2電極32との間で高周波の電界が生じており、ガス供給装置36から混合ガスが導入されると、両電極間で放電が生じ、混合ガスがプラズマ化されてプラズマ放電処理用ガスが生成されるようになっている。   A gas supply device 36 for supplying a mixed gas composed of a discharge gas, a raw material gas and a reactive gas to a discharge space 35 formed between both electrodes is disposed on one side in the horizontal direction of both the power sources 33 and 34. In addition, the gas supply device 36 is provided with a nozzle 37 for ejecting the mixed gas into the discharge space 35. In the discharge space 35, a high-frequency electric field is generated between the first electrode 31 and the second electrode 32. When a mixed gas is introduced from the gas supply device 36, a discharge occurs between the two electrodes, and the mixed gas is It is converted into plasma to generate plasma discharge processing gas.

本構成例のプラズマ放電処理装置30では、基材Fは、第2電極32により裏側から支持されながら放電空間35の内部を水平方向に移動可能とされている。そのため、放電空間35でプラズマ放電処理用ガスが生成されると同時に、基材Fがプラズマ放電処理用ガスに曝されるようになっており、前記構成例とは異なり、プラズマ放電処理用ガスの生成とそれを用いたプラズマ放電処理とが同時に行われるようになっている。   In the plasma discharge processing apparatus 30 of this configuration example, the base material F is movable in the horizontal direction in the discharge space 35 while being supported from the back side by the second electrode 32. Therefore, at the same time as the plasma discharge treatment gas is generated in the discharge space 35, the substrate F is exposed to the plasma discharge treatment gas. Unlike the above configuration example, the plasma discharge treatment gas Generation and plasma discharge treatment using the same are performed simultaneously.

なお、図示を省略したが、前記と同様に、第1電極31や第2電極32の少なくとも混合ガスやプラズマ放電処理用ガスに接する面をそれぞれ誘電体で被覆してもよい。その際の誘電体の材質は前記構成例と同様である。また、第1電極31あるいは第2電極32のいずれか一方を接地するように構成することも可能である。   Although not shown, like the above, at least the surfaces of the first electrode 31 and the second electrode 32 that are in contact with the mixed gas or the plasma discharge processing gas may be covered with a dielectric. In this case, the material of the dielectric is the same as that in the configuration example. It is also possible to configure so that either the first electrode 31 or the second electrode 32 is grounded.

また、以上のプラズマ放電処理装置10、30は、本実施形態のプラズマ放電処理用ガス等が適用される最も単純な形態の装置であり、本実施形態のプラズマ放電処理用ガス等は他の形態のプラズマ放電処理装置にも適用される。   The plasma discharge processing apparatuses 10 and 30 described above are the simplest apparatus to which the plasma discharge processing gas or the like of the present embodiment is applied, and the plasma discharge processing gas or the like of the present embodiment is in another form. This is also applied to the plasma discharge processing apparatus.

(プラズマ放電処理用ガスについて)
本実施形態に係るプラズマ放電処理用ガスは、図1や図2に例示したようなプラズマ放電処理装置を用い、大気圧近傍の圧力下で対向して配設された一対の電極間の電界を周期的に変化させて生成される。プラズマ放電処理用ガスは、放電ガスとして窒素を主成分として含有し、ガス中に時間平均密度が8.0×1016[m−3]以上のN イオンを含有する。
(About plasma discharge treatment gas)
The plasma discharge processing gas according to this embodiment uses a plasma discharge processing apparatus as illustrated in FIG. 1 or FIG. 2, and generates an electric field between a pair of electrodes arranged opposite to each other under a pressure near atmospheric pressure. Generated with periodic changes. The plasma discharge treatment gas contains nitrogen as a main component as a discharge gas, and the gas contains N 4 + ions having a time average density of 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more.

後述する実施例において示されるように、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度が8.0×1016[m−3]以上であれば、基板表面の清浄や薄膜形成等のプラズマ放電処理において十分実用にたえる処理を行うことが可能となる。 As shown in Examples described later, if the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge treatment gas is 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more, the substrate surface is cleaned, the thin film is formed, etc. In this plasma discharge process, it is possible to perform a process that is sufficiently practical.

なお、プラズマ放電処理用ガスに含有されるN イオンの時間平均密度は、好ましくは8.0×1016〜1×1020[m−3]であり、より好ましくは1.2×1017〜1×1019[m−3]、さらに好ましくは2.0×1017〜4×1017[m−3]である。これらの数値範囲の下限値はそれぞれ後述する実施例において示され、上限値は実機における費用対効果等を勘案して決められた概略値である。 The time average density of N 4 + ions contained in the plasma discharge treatment gas is preferably 8.0 × 10 16 to 1 × 10 20 [m −3 ], more preferably 1.2 × 10. 17 ~1 × 10 19 [m -3 ], more preferably 2.0 × 10 17 ~4 × 10 17 [m -3]. The lower limit values of these numerical ranges are shown in the examples described later, and the upper limit value is an approximate value determined in consideration of cost effectiveness in an actual machine.

なお、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの密度は、実測することが困難であるため、密度値の規定にはプラズマシミュレーションが用いられる。また、N イオンの密度は周期的に変化する電極間の電界に依存して時間的に変化するため、前記プラズマシミュレーションにより算出されたN イオンの密度の時間平均を求めることによりN イオンの密度が規定される。 In addition, since it is difficult to actually measure the density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas, plasma simulation is used to define the density value. In addition, since the density of N 4 + ions changes with time depending on the electric field between the electrodes that changes periodically, the time average of the density of N 4 + ions calculated by the plasma simulation is obtained. density of 4 + ions are defined.

従って、本発明におけるN イオンの密度あるいは時間平均密度とは、実測値ではなく、以下に述べるプラズマシミュレーションによって得られる値である。 Therefore, the N 4 + ion density or time average density in the present invention is not an actual measurement value but a value obtained by a plasma simulation described below.

本発明では、シミュレーションには数値流体力学(Computational Fluid Dynamics:CFD)ソフトウエア「CFD−ACE+」(米国CFD Research社製)が用いられる。また、N イオン密度を求める際の反応データ、すなわち反応定数等には、I. A. Kossyi et al., “Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixtures“, Plasma Sources Sci. Technol. 1 (1992) 207-220(英国物理学会、文献1)、およびP. Segur and F. Massines, “The role of numerical modelling to understand the behaviour and to predict the existence of an atmospheric pressure glow discharge controlled by a dielectric barrier“ Proc. 13th Int. Conf. on Gas Discharges and their Applications, Glasgow, 2000, 15. (文献2)の公開学術論文に掲載されている値が用いられる。 In the present invention, computational fluid dynamics (CFD) software “CFD-ACE +” (manufactured by CFD Research, USA) is used for the simulation. In addition, the reaction data when obtaining the N 4 + ion density, that is, reaction constants, etc. are described in IA Kossyi et al., “Kinetic scheme of the non-equilibrium discharge in nitrogen-oxygen mixture”, Plasma Sources Sci. Technol. 1 (1992) 207-220 (British Physical Society, Reference 1), and P. Segur and F. Massines, “The role of numerical modeling to understand the behavior and to predict the existence of an atmospheric pressure glow discharge controlled by a dielectric barrier. “Proc. 13th Int. Conf. On Gas Discharges and their Applications, Glasgow, 2000, 15. (Reference 2).

ここで、前記数値流体力学ソフトウエアによるN イオン密度の算出について説明する。プラズマ放電処理装置10、30の電極間の放電空間17、35では、電子が関与する素反応だけでも下記(1)〜(9)式に示すような素反応が生じている。
弾性衝突: e+A→e+A (1)
電子励起: e+A→e+A (2)
振動励起: e+A→e+A(vib) (3)
回転励起: e+A→e+A(rot) (4)
解離: e+AB→e+A+B (5)
電離: e+A→e+e+A (6)
電子付着: e+A→A (7)
解離付着: e+AB→A+B (8)
超弾性衝突: e+A→e+A (9)
Here, calculation of N 4 + ion density by the computational fluid dynamics software will be described. In the discharge spaces 17 and 35 between the electrodes of the plasma discharge treatment apparatuses 10 and 30, elementary reactions as shown in the following formulas (1) to (9) are generated only by elementary reactions involving electrons.
Elastic collision: e + A → e + A (1)
Electronic excitation: e + A → e + A * (2)
Vibration excitation: e + A → e + A (vib) (3)
Rotation excitation: e + A → e + A (rot) (4)
Dissociation: e + AB → e + A + B (5)
Ionization: e + A → e + e + A + (6)
Electron attachment: e + A → A (7)
Dissociative adhesion: e + AB → A + B (8)
Superelastic collision: e + A * → e + A (9)

ここで、Aは放電ガスや原料ガス等の中性ガス分子や原子もしくはそれに由来するラジカルであり、Aはそれらの分子等が電子励起状態にあることを示している。放電空間では、この他にも、電子とイオンとの素反応や、中性分子や原子、ラジカル同士あるいはそれらとイオンとの素反応、イオン同士の素反応など種々の素反応が生じている。 Here, A is a neutral gas molecule or atom such as a discharge gas or source gas, or a radical derived therefrom, and A * indicates that the molecule is in an electronically excited state. In the discharge space, various elementary reactions such as elementary reactions between electrons and ions, elementary reactions between neutral molecules, atoms and radicals or between them and ions, and elementary reactions between ions occur.

また、大気圧近傍の圧力下では、従来のような低圧下での場合と比較して、三体反応の寄与が重要になってくる。例えば、仮に窒素ガスのみでプラズマ放電処理用ガスを構成したとすると、低圧では、
(a’Σ )+N(a’Σ )→N +e (10)
(AΣ )+N(a’Σ )→N +e (11)
で示される素反応がN イオンの主要な生成反応とされている。
In addition, under the pressure near atmospheric pressure, the contribution of the three-body reaction becomes more important than in the conventional case of low pressure. For example, assuming that the plasma discharge treatment gas is composed of only nitrogen gas, at low pressure,
N 2 (a ′ 1 Σ u ) + N 2 (a ′ 1 Σ u ) → N 4 + + e (10)
N 2 (A 3 Σ u + ) + N 2 (a ′ 1 Σ u ) → N 4 + + e (11)
The elementary reaction represented by is the main production reaction of N 4 + ions.

しかし、大気圧近傍の圧力下では、N(a’Σ )やN(AΣ )等の励起状態にある窒素分子と他の窒素分子との衝突が頻繁になり、励起状態の窒素ガスが生成しても衝突によりエネルギーを奪われて非常に速やかに失活してしまうため、前記(10)式および(11)式のN イオン生成に対する寄与が減少する。 However, under the pressure near atmospheric pressure, collisions between nitrogen molecules in excited states such as N 2 (a ′ 1 Σ u ) and N 2 (A 3 Σ u + ) and other nitrogen molecules frequently occur. Even if excited nitrogen gas is generated, energy is lost due to collision and it is deactivated very quickly, so that the contribution to the N 4 + ion generation in the equations (10) and (11) is reduced. .

それに対し、大気圧近傍の圧力下では、低圧下の場合と比較して
+2N→N +N (12)
で示される三体反応が生じる確率が格段に大きくなるため、主にこの反応によりN イオンが生成されると考えられる。
On the other hand, under the pressure near atmospheric pressure, N 2 + + 2N 2 → N 4 + + N 2 (12) compared with the case of low pressure.
The probability of the occurrence of the three-body reaction indicated by is greatly increased, and it is considered that N 4 + ions are mainly generated by this reaction.

なお、N イオンは、主にプラズマ放電処理用ガス中に多量に存在する窒素分子や窒素原子、あるいは、例えば、反応性ガスとして酸素分子が混合されている場合には酸素分子や酸素原子、NOと衝突して相手から電子を奪い、2個のNに分裂してガス中から失われる。また、ガス中に存在する電子と結合して2個のNとなってガス中から失われる経路もある。 N 4 + ions are mainly nitrogen molecules and nitrogen atoms present in a large amount in the plasma discharge treatment gas, or, for example, oxygen molecules and oxygen atoms when oxygen molecules are mixed as a reactive gas. , steal electrons from the other collide with NO X, split into two N 2 lost from the gas. In addition, there is a path that is combined with electrons existing in the gas to become two N 2 and lost from the gas.

シミュレーションでは、放電空間におけるこれらの素反応や、瞬間的に負極になっている電極への正イオンの衝突の際に起こる二次電子放出を踏まえたうえで、下記の支配方程式を解く1次元プラズマシミュレーションを行うことによりN イオンの密度等を算出するようになっている。なお、プラズマ放電処理用ガス中の原料ガスは、本発明のシミュレーションでは無視される。 In the simulation, based on these elementary reactions in the discharge space and secondary electron emission that occurs when positive ions collide with the negative electrode, the one-dimensional plasma solves the following governing equation: The density of N 4 + ions and the like are calculated by performing simulation. Note that the source gas in the plasma discharge processing gas is ignored in the simulation of the present invention.

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ここで、yは空間1次元方向、すなわち一方の電極から他方の電極に向かう方向についての位置、neは電子密度、Jeは電子フラックス、Seは電子の生成・消滅項、μeは電子の移動度、Deは電子の拡散係数を意味し、添字の(i)はイオンの場合の密度やフラックス等を意味する。また、nnは中性粒子(ラジカルや励起粒子)密度、Dnは中性粒子の拡散係数、εeは平均電子エネルギー、Qは電子エネルギーフラックス、Eは電場,klossは電子エネルギー損失のレート係数、Ngasはガス密度を意味する。 Here, y is the space one-dimensional direction, that is, the position in the direction toward the other electrode from one electrode, n e electron density, J e is the electron flux, S e is the electron generation and extinction section, mu e is the mobility of electrons, D e denotes the diffusion coefficient of electrons, the subscript (i) denotes the density and flux such as in the case of ions. N n is the density of neutral particles (radicals and excited particles), D n is the diffusion coefficient of neutral particles, ε e is the average electron energy, Q is the electron energy flux, E is the electric field, and k loss is the electron energy loss. The rate coefficient, N gas, means gas density.

平均電子エネルギーεeと電子温度Teとの間には前記(20)式の関係が成立する。電場Eはポアソン方程式である前記(21)式をポテンシャルφについて解き、その負の勾配から得られる。なお,定数e、kおよびε0はそれぞれ素電荷、ボルツマン定数および真空の誘電率を意味する。 The (20) relationship is established between the average electron energy epsilon e and the electron temperature T e. The electric field E is obtained from the negative gradient obtained by solving the equation (21), which is a Poisson equation, with respect to the potential φ. The constants e, k, and ε 0 mean elementary charge, Boltzmann constant, and vacuum dielectric constant, respectively.

また、前記(13)式と(14)式から電子密度が、(13)式と(15)式からイオン密度が、(16)式と(17)式から中性粒子(励起粒子やラジカル)密度が、(18)式と(19)式から平均電子エネルギーが、(20)式の関係から電子温度が、(21)式から電位(ポテンシャル)がそれぞれ算出される。   In addition, the electron density is obtained from the equations (13) and (14), the ion density is obtained from the equations (13) and (15), and neutral particles (excited particles and radicals) are obtained from the equations (16) and (17). The density is calculated from the formulas (18) and (19), the average electron energy, the electron temperature from the formula (20), and the potential from the formula (21).

なお、プラズマシミュレーションにおいては、プラズマ放電処理装置における制御パラメータである電極への印加電圧や電圧の周波数、電極間隔、電極を被覆している誘電体の比誘電率、誘電体の厚さを変動させて、N イオンの密度を求める。また、前記支配方程式の解法に必要となる電子の移動度μeや拡散係数De、すなわちいわゆる電子スオームパラメータは、前記文献1および文献2の電子に関する反応断面積のすべてを前記ソフトウエア「CFD−ACE+」のBoltzmann方程式解析プログラムに入力して求める。 In the plasma simulation, the voltage applied to the electrodes, the frequency of the voltage, the electrode spacing, the relative permittivity of the dielectric covering the electrodes, and the thickness of the dielectric are varied in the plasma discharge processing apparatus. To determine the density of N 4 + ions. Further, the electron mobility μ e and the diffusion coefficient D e necessary for solving the governing equation, that is, the so-called electron swarm parameter, are obtained by using the software “ Input to the Boltzmann equation analysis program of “CFD-ACE +”.

このようにして前記支配方程式を解くと、図3(A)〜(D)に例示されるように、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間的に変化する密度が算出される。本発明では、前述したように、その算出されたN イオンの密度の時間平均が求められ、その時間平均によりN イオンの密度が規定される。なお、図3(A)〜(D)は、プラズマ放電処理装置の2つの電極に印加される電圧のうちより周波数が大きい電圧周波数の1/4周期ごとのN イオン密度を(A)から(D)の順に表示したグラフであり、実線がN イオンの密度を示す。図中の点線は電子密度である。 When the governing equation is solved in this way, the time-varying density of N 4 + ions in the plasma discharge treatment gas is calculated as illustrated in FIGS. 3 (A) to 3 (D). In the present invention, as described above, the time average of the calculated density of N 4 + ions is obtained, and the density of N 4 + ions is defined by the time average. 3A to 3D show the N 4 + ion density for each 1/4 period of the voltage frequency having a higher frequency among the voltages applied to the two electrodes of the plasma discharge processing apparatus. To (D) in order, and the solid line indicates the density of N 4 + ions. The dotted line in the figure is the electron density.

(プラズマ放電処理用ガスの生成方法)
次に、本実施形態のプラズマ放電処理用ガスの生成方法について説明する。
(Method for generating gas for plasma discharge treatment)
Next, a method for generating the plasma discharge processing gas of this embodiment will be described.

前記プラズマ放電処理装置の対向電極とされた第1電極および第2電極にそれぞれ所定の周波数の電圧を印加すると、両電極間の放電空間に2つの高周波電界が重畳された電界が形成される。   When a voltage having a predetermined frequency is applied to the first electrode and the second electrode, which are counter electrodes of the plasma discharge processing apparatus, an electric field in which two high-frequency electric fields are superimposed is formed in the discharge space between both electrodes.

この電界により、電子が負極側から放電空間に放出され、電子が負極側から正極側に移動する際に放電空間中のガス分子に衝突してガス分子に励起(前記(2)式〜(4)式参照)、解離(前記(5)式参照)あるいは電離(前記(6)式参照)を生じさせて、電離により直接的に、あるいは前記(10)式や(11)式に示したように励起分子種の反応を通じて間接的に電子がさらに増殖する。また、放電空間中で生成された正イオンが静電力により負極に引き寄せられて衝突し、その衝突により放電空間中に二次電子を放出させる。一方、電子は対向する正極に到達したり、電子付着(前記(7)式参照)や解離付着(前記(8)式参照)によりガス分子に取り込まれて負イオンを生成するなどしてガス中から失われる。   By this electric field, electrons are emitted from the negative electrode side to the discharge space, and when the electrons move from the negative electrode side to the positive electrode side, they collide with gas molecules in the discharge space and are excited to the gas molecules (the above formulas (2) to (4) )), Dissociation (see the above formula (5)) or ionization (see the above formula (6)), and directly by ionization, or as shown in the above formulas (10) and (11) In addition, the electrons further proliferate indirectly through the reaction of the excited molecular species. Further, positive ions generated in the discharge space are attracted to and collide with the negative electrode by electrostatic force, and secondary electrons are emitted into the discharge space by the collision. On the other hand, electrons reach the positive electrode facing each other or are taken into gas molecules by electron attachment (see the above formula (7)) or dissociative attachment (see the above formula (8)) to generate negative ions. Lost from.

また、前記素反応により生成された正負のイオンやラジカル、励起分子種は、このような電子との反応以外にも互いに反応し合ったり、前記(12)式に示したように放電空間中に多量に存在する中性分子と反応を通じて他のイオンや分子種に変換される。それらは、その逆反応を通じてもとのイオン等に戻ったり、さらに他のイオンやラジカル、中性分子等と反応を生じて別の分子等に変換される。   In addition, the positive and negative ions, radicals, and excited molecular species generated by the elementary reaction may react with each other in addition to the reaction with such electrons, or in the discharge space as shown in the equation (12). It is converted into other ions and molecular species through reaction with neutral molecules present in large quantities. They return to the original ions, etc. through the reverse reaction, or react with other ions, radicals, neutral molecules, etc., and are converted into other molecules.

このようにして、前記(1)式〜(9)式に示したような素反応や電子以外の分子種同士の反応を通じて電子やイオン等の生成、消滅が繰り返されることで、安定した放電状態のプラズマ放電処理用ガスが形成される。   In this way, a stable discharge state is obtained by repeatedly generating and annihilating electrons and ions through elementary reactions and reactions between molecular species other than electrons as shown in the equations (1) to (9). A gas for plasma discharge treatment is formed.

その際、前記(10)式〜(12)式に示した反応を通じてプラズマ放電処理用ガス中に時間的に密度が変化するN イオンが生成され、一方では、N イオンはそれらの逆反応によりプラズマ放電処理用ガス中から失われることで、前記図3(A)〜(D)に示したように、周期的に増減を繰り返しながらプラズマ放電処理用ガス中に存在し続ける。 At that time, the (10) to (12) N 4 + ions temporally density during plasma discharge treatment gas throughout the reaction shown changes in the expression generated, on the one hand, N 4 + ions thereof By being lost from the plasma discharge processing gas due to the reverse reaction, as shown in FIGS. 3A to 3D, the gas continues to exist in the plasma discharge processing gas while repeating increase and decrease periodically.

イオンの生成量、すなわち時間平均の密度は、プラズマ放電処理装置における制御パラメータである電極への印加電圧や電圧の周波数、電極間隔、電極を被覆している誘電体の比誘電率、誘電体の厚さを変動させることにより制御することができる。なお、本発明において放電空間に供給されているガスは、窒素を含有するガスであって、好ましくは、50体積%以上の窒素が含有するガスである。 The amount of N 4 + ions generated, that is, the time average density, is a control parameter in the plasma discharge processing apparatus, the applied voltage to the electrodes, the frequency of the voltage, the electrode interval, the dielectric constant of the dielectric covering the electrodes, It can be controlled by varying the thickness of the dielectric. In the present invention, the gas supplied to the discharge space is a gas containing nitrogen, and preferably a gas containing 50% by volume or more of nitrogen.

発明者らの研究によれば、後述する実施例において示されるように、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度は、例えば、電極を被覆している誘電体中の電流密度のピーク値との相関が良好であることが分かっており、この電流密度のピーク値を変動させることでプラズマ放電処理用ガス中のN イオンの密度を制御することができる。 According to the research by the inventors, as shown in Examples described later, the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas is, for example, the current density in the dielectric covering the electrodes. It is known that the correlation with the peak value of is good, and the density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas can be controlled by changing the peak value of the current density.

前記の誘電体中の電流密度は、前記ソフトウエア「CFD−ACE+」を用いて誘電体中について前記(21)式のポアソン方程式を解くことにより得ることができる。その際、境界条件が周期的に変動するため、解として得られる電流密度も時間的に変動するものとなる。そのピーク値を、印加電圧や電圧の周波数等の制御パラメータを変化させることにより変動させると、プラズマ放電処理用ガス中に生成されるN イオンの時間平均密度を変動させることができる。 The current density in the dielectric can be obtained by solving the Poisson equation of the equation (21) for the dielectric using the software “CFD-ACE +”. At this time, since the boundary condition periodically varies, the current density obtained as a solution also varies with time. When the peak value is varied by changing control parameters such as applied voltage and voltage frequency, the time average density of N 4 + ions generated in the plasma discharge processing gas can be varied.

なお、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度が、電極を被覆している誘電体中の電流密度のピーク値と良好な相関を示す理由は、あくまでシミュレーションの結果であるため明確に解明することは困難であるが、次のように推測することができる。 The reason why the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge processing gas shows a good correlation with the peak value of the current density in the dielectric covering the electrode is only the result of simulation. Although it is difficult to clarify clearly, it can be estimated as follows.

誘電体中の電流密度は、一対の対向電極のうちの一方の電極に着目した場合、電極に印加される電圧の1周期中に正側および負側にそれぞれ1回ずつピークを迎える。電流密度が正または負のピークとなる時点では、電子が電極から誘電体を通過して放電空間内に放出され、前述したように放電空間内で増殖する。そのため、前記図3(B)および(D)に点線で示したように電子密度が極大となり、N イオンもこの電子密度に起因して生成される量が失われる量より多くなるためその密度が増加する。 When attention is paid to one electrode of the pair of counter electrodes, the current density in the dielectric reaches a peak once each on the positive side and the negative side during one cycle of the voltage applied to the electrode. When the current density reaches a positive or negative peak, electrons pass through the dielectric from the electrodes and are emitted into the discharge space, and proliferate in the discharge space as described above. Therefore, as shown by the dotted lines in FIGS. 3 (B) and 3 (D), the electron density is maximized, and the amount of N 4 + ions generated due to this electron density is larger than the lost amount. Density increases.

一方、電流密度がピークではない時点、特に0に近い時点では、放電空間中に残存する電子は対極に到達するなどして、図3(A)および(C)に示されるように、その密度が非常に小さくなる。しかし、N イオンは電子に比べてはるかに重く放電空間内を容易に移動できないため、全体的には放電空間中から失われる量が生成される量より大きくなり密度が減少するが、それでも比較的多量に放電空間内に残存する。 On the other hand, at a time when the current density is not a peak, particularly at a time close to 0, the electrons remaining in the discharge space reach the counter electrode, and as shown in FIGS. Becomes very small. However, since N 4 + ions are much heavier than electrons and cannot easily move in the discharge space, the amount lost from the discharge space is larger than the amount produced and the density is reduced. A relatively large amount remains in the discharge space.

イオンの時間平均密度の値には、このような電流密度のピーク時およびそれ以外の時点でのN イオンの密度がすべて反映されるが、電流密度のピーク値は、図3(A)および(C)に示したようなN イオンの生成に関与する放電空間内の電子密度と密接に関連するため、結果的にN イオンの時間平均密度と良好な相関を示すと考えられる。 The value of the time average density of N 4 + ions, but density of N 4 + ions at the time and other peaks of such current density is all reflected, the peak value of the current density, Figure 3 Since it is closely related to the electron density in the discharge space involved in the generation of N 4 + ions as shown in (A) and (C), the result shows a good correlation with the time average density of N 4 + ions. It is thought to show.

(プラズマ放電処理方法)
前述したように、プラズマ放電処理装置では、図1に示したプラズマ放電処理装置10のように対向電極間でプラズマ放電処理用ガスG°を生成させた直後にガスG°を基材Fに噴射したり、あるいは図2に示したプラズマ放電処理装置30のように対向電極間でプラズマ放電処理用ガスを生成させると同時にその放電空間に挿入された基材Fをプラズマ放電処理用ガスに曝すようにして、基材Fのプラズマ放電処理が行われる。
(Plasma discharge treatment method)
As described above, in the plasma discharge processing apparatus, the gas G ° is injected onto the substrate F immediately after the plasma discharge processing gas G ° is generated between the counter electrodes as in the plasma discharge processing apparatus 10 shown in FIG. Alternatively, as in the plasma discharge treatment apparatus 30 shown in FIG. 2, the plasma discharge treatment gas is generated between the counter electrodes, and at the same time, the substrate F inserted in the discharge space is exposed to the plasma discharge treatment gas. Thus, the plasma discharge treatment of the substrate F is performed.

この過程を、放電ガス、反応性ガスおよび原料ガスをそれぞれ窒素ガス、酸素ガスおよびテトラエトキシシラン(Tetraethoxysilane、以下TEOSという)を用いて基材Fの表面にSiOの薄膜を形成する過程を例にあげて説明する。 This is an example of a process of forming a SiO 2 thin film on the surface of the substrate F using nitrogen gas, oxygen gas and tetraethoxysilane (hereinafter referred to as TEOS) as the discharge gas, reactive gas and source gas, respectively. I will explain it.

前述したように、放電空間におけるプラズマ放電処理用ガスの形成過程においては、電極からの放電により、放電空間中で電子とガス分子等が反応し、種々のイオンやラジカル、励起分子種等が生成される。その中で、電子が酸素分子に衝突すると、解離反応(前記(5)式参照)または解離付着反応(前記(8)式参照)により酸素原子が生成される。この酸素原子がTEOS分子と衝突すると、TEOS分子は膜前駆体分子と分解分子とに分解される。膜前駆体分子はこのようにして、あるいは他の生成過程を通じて生成され、基材表面に堆積することによりSiO薄膜が形成される。 As described above, in the process of forming the plasma discharge treatment gas in the discharge space, the discharge from the electrodes causes electrons and gas molecules to react in the discharge space to generate various ions, radicals, excited molecular species, etc. Is done. Among them, when an electron collides with an oxygen molecule, an oxygen atom is generated by a dissociation reaction (see the above formula (5)) or a dissociative attachment reaction (see the above formula (8)). When this oxygen atom collides with the TEOS molecule, the TEOS molecule is decomposed into a film precursor molecule and a decomposition molecule. Film precursor molecules are generated in this way or through other generation processes and deposited on the substrate surface to form a SiO 2 thin film.

(効果)
以上のように、本実施形態のプラズマ放電処理用ガス、プラズマ放電処理用ガスの生成方法およびプラズマ放電処理方法によれば、時間平均密度が8.0×1016[m−3]以上、より好ましくは1.2×1017[m−3]以上、さらに好ましくは2.0×1017[m−3]以上のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、それを用いてプラズマ放電処理を行うことにより、下記の実施例に示すように、良好で実用にたえる処理を行うことが可能となる。
(effect)
As described above, according to the plasma discharge processing gas, the plasma discharge processing gas generation method, and the plasma discharge processing method of the present embodiment, the time average density is 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more. Preferably, plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions of 1.2 × 10 17 [m −3 ] or more, more preferably 2.0 × 10 17 [m −3 ] or more is generated and used By performing the plasma discharge treatment, it is possible to perform a good and practical treatment as shown in the following examples.

発明者らの考察では、N イオン密度あるいは時間平均密度は、プラズマ放電処理用ガス中の電子密度やイオン、励起分子種等の密度、すなわちいわゆるプラズマ密度の高さを示す指標であると考えられる。 According to the inventors' consideration, the N 4 + ion density or time average density is an index indicating the density of electrons, ions, excited molecular species, etc. in the plasma discharge treatment gas, that is, the so-called plasma density. Conceivable.

また、N イオンは、前述した電子の増殖や消滅、イオンやラジカル、励起分子種等の生成、消滅等により自己形成しているプラズマ状態における種々の反応の結果として生成されていると考えられるから、N イオンが高い密度で存在するということは、プラズマ放電処理用ガスがそれだけ安定して自己形成を行っている状態にあることを意味すると考えられる。従って、N イオンの密度は、プラズマ放電処理用ガスのプラズマ状態の安定性を示す指標でもあると考えられる。 Further, it is considered that N 4 + ions are generated as a result of various reactions in a plasma state which is self-formed by the above-described electron proliferation and annihilation, generation and annihilation of ions, radicals, and excited molecular species. Therefore, the presence of N 4 + ions at a high density is considered to mean that the plasma discharge processing gas is in a state of being stably self-formed. Therefore, the density of N 4 + ions is considered to be an index indicating the stability of the plasma state of the plasma discharge treatment gas.

そして、下記の実施例のように、N イオンの時間平均密度とプラズマ放電処理の結果とが相関を有する、すなわち、N イオンの時間平均密度が高ければ処理結果は良好であり低ければ不良となるという関係性を示していることから考察すると、N イオンが大量に存在するようなプラズマ状態のプラズマ放電処理用ガスは、安定でプラズマ密度が高いプラズマ状態にあり、そのために原料ガスの改質等が十分に行われてプラズマ放電処理が的確に行われ、一方、N イオンが少量しか存在しないようなプラズマ放電処理用ガスでは、プラズマ状態が安定でなく、あるいはプラズマ密度が低いため、原料ガスの改質等を十分に行うことができず、プラズマ放電処理を的確に行うことができないということを示していると考えられる。 And, as in the following example, the time average density of N 4 + ions and the result of the plasma discharge treatment have a correlation, that is, if the time average density of N 4 + ions is high, the processing result is good and low. In view of the fact that it shows a failure relationship, plasma discharge treatment gas in a plasma state in which a large amount of N 4 + ions are present is in a stable and high plasma density plasma state. In the plasma discharge treatment gas in which only a small amount of N 4 + ions are present, the plasma state is not stable or the plasma discharge treatment is performed with sufficient reforming of the raw material gas. Since the density is low, it is considered that the material gas cannot be sufficiently reformed and the plasma discharge treatment cannot be performed accurately. It is.

本発明によれば、従来のように、経験的あるいは試行錯誤的にプラズマ放電処理装置の制御パラメータを調整するのではなく、上記のように、プラズマ放電処理用ガスのプラズマ状態の安定性やプラズマ密度の指標となるN イオンの時間平均密度が8.0×1016[m−3]以上、より好ましくは1.2×1017[m−3]以上、さらに好ましくは2.0×1017[m−3]以上になるようにプラズマ放電処理装置の制御パラメータを制御することで良好なプラズマ放電処理を行うことが可能となる。 According to the present invention, instead of adjusting the control parameters of the plasma discharge processing apparatus empirically or by trial and error as in the prior art, as described above, the stability of the plasma state of the plasma discharge processing gas and the plasma The time average density of N 4 + ions serving as an index of density is 8.0 × 10 16 [m −3 ] or more, more preferably 1.2 × 10 17 [m −3 ] or more, and further preferably 2.0 ×. By controlling the control parameters of the plasma discharge processing apparatus so as to be 10 17 [m −3 ] or more, it becomes possible to perform good plasma discharge processing.

(実施例1)
実施例1では、電子部品用ガラス基板の表面に付着した有機物等の汚染物質を洗浄する実験を行った。
Example 1
In Example 1, an experiment was conducted to clean contaminants such as organic substances adhering to the surface of the glass substrate for electronic components.

実験では、放電ガスとして窒素ガス99.95体積%と、汚染物質を除去するための反応性ガスとして酸素ガス0.05体積%とを混合して混合ガスを調製し、前記図1に示したプラズマ放電処理装置10のガス供給装置から電極間の放電空間に導入した。   In the experiment, a mixed gas was prepared by mixing 99.95% by volume of nitrogen gas as a discharge gas and 0.05% by volume of oxygen gas as a reactive gas for removing pollutants, as shown in FIG. It introduced into the discharge space between electrodes from the gas supply apparatus of the plasma discharge processing apparatus 10.

また、プラズマ放電処理装置10では、金属電極表面を比誘電率7.67のアルミナで覆い、電極間距離を0.5mmとし、第1電極には周波数150kHz、振幅5000Vの正弦波電圧を印加した。また、第2電極に印加する正弦波電圧の周波数および振幅を変えて、放電空間におけるプラズマ放電処理用ガスのN イオンの時間平均密度を変化させた。洗浄結果の良否の評価は、処理後のガラス基板表面の残存炭素量をX線光電子分光分析法を用いて分析して評価した。 In the plasma discharge treatment apparatus 10, the surface of the metal electrode is covered with alumina having a relative dielectric constant of 7.67, the distance between the electrodes is set to 0.5 mm, and a sine wave voltage having a frequency of 150 kHz and an amplitude of 5000 V is applied to the first electrode. . In addition, the time average density of N 4 + ions of the plasma discharge treatment gas in the discharge space was changed by changing the frequency and amplitude of the sine wave voltage applied to the second electrode. The quality of the cleaning result was evaluated by analyzing the amount of residual carbon on the surface of the glass substrate after the treatment using X-ray photoelectron spectroscopy.

実験結果を図4および表1に示す。なお、図4では、N イオンの時間平均密度を縦軸に、また電流密度のピーク値を横軸にとって示した。また、N イオンの時間平均密度を求めるシミュレーションでは、窒素99.95体積%、酸素0.05体積%として計算した。また、評価については下記の基準に基づいて評価した。
◎ 汚染物質の除去が良好に行われた。
○ 汚染物質の除去が実用的な範囲で行われた。
× 汚染物質の除去が不十分であった。
The experimental results are shown in FIG. In FIG. 4, the time average density of N 4 + ions is shown on the vertical axis, and the peak value of current density is shown on the horizontal axis. Further, in the simulation for obtaining the time average density of N 4 + ions, calculation was performed with 99.95% by volume of nitrogen and 0.05% by volume of oxygen. Moreover, about evaluation, it evaluated based on the following reference | standard.
◎ Contaminants were successfully removed.
○ Pollutants were removed within a practical range.
× Pollutant removal was insufficient.

Figure 0005034245
Figure 0005034245

(実施例1の評価)
実施例1の実験では、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度が5.0×1016[m−3]では汚染物質の除去が不十分であったが、1.2×1017[m−3]以上の場合においては汚染物質の除去は少なくとも実用的な範囲で行われ、2.0×1017[m−3]以上の範囲では良好であった。
(Evaluation of Example 1)
In the experiment of Example 1, the removal of contaminants was insufficient when the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge treatment gas was 5.0 × 10 16 [m −3 ], but 1.2% In the case of × 10 17 [m −3 ] or more, the removal of the contaminants was performed at least within a practical range, and it was good in the range of 2.0 × 10 17 [m −3 ] or more.

(実施例2)
実施例2では、PET(polyethyleneterephthalate)フィルムの表面にSiOの機能性薄膜形成を行う実験を行った。この薄膜は反射防止膜を構成するものであり、その屈折率について評価した。
(Example 2)
In Example 2, an experiment was performed in which a functional thin film of SiO 2 was formed on the surface of a PET (polyethyleneterephthalate) film. This thin film constitutes an antireflection film, and its refractive index was evaluated.

実験では、放電ガスとして窒素ガス79.5体積%、反応性ガスとして酸素ガス20体積%、原料ガスとしてTEOS0.5体積%を混合して混合ガスを調製し、前記図2に示したプラズマ放電処理装置30のガス供給装置36から電極間の放電空間に導入した。   In the experiment, a mixed gas was prepared by mixing 79.5% by volume of nitrogen gas as a discharge gas, 20% by volume of oxygen gas as a reactive gas, and 0.5% by volume of TEOS as a source gas, and the plasma discharge shown in FIG. The gas was introduced into the discharge space between the electrodes from the gas supply device 36 of the processing device 30.

また、プラズマ放電処理装置30では、金属電極表面を比誘電率7.67のアルミナで覆い、電極間距離を0.5mmとし、下方の第2電極には周波数150kHz、振幅5000Vの正弦波電圧を印加した。また、上方の第1電極に印加する正弦波電圧の周波数および振幅を変えて、放電空間におけるプラズマ放電処理用ガスのN イオンの時間平均密度を変化させて前記薄膜の形成および屈折率を評価した。 In the plasma discharge treatment apparatus 30, the surface of the metal electrode is covered with alumina having a relative dielectric constant of 7.67, the distance between the electrodes is set to 0.5 mm, and a sine wave voltage having a frequency of 150 kHz and an amplitude of 5000 V is applied to the second lower electrode. Applied. Further, the frequency and amplitude of the sine wave voltage applied to the upper first electrode are changed, and the time average density of the N 4 + ions of the plasma discharge treatment gas in the discharge space is changed to change the formation and refractive index of the thin film. evaluated.

実験結果を図5および表2に示す。なお、図5では、N イオンの時間平均密度を縦軸に、また電流密度のピーク値を横軸にとって示した。また、N イオンの時間平均密度を求めるシミュレーションでは、窒素80体積%、酸素20体積%として計算した。また、評価については下記の基準に基づいて評価した。
◎ 膜形成も屈折率も良好である。
○ 膜形成は良好であり、屈折率は実用にたえる。
× 膜形成ができていない。
The experimental results are shown in FIG. In FIG. 5, the time average density of N 4 + ions is shown on the vertical axis, and the peak value of current density is shown on the horizontal axis. In the simulation for obtaining the time average density of N 4 + ions, the calculation was performed assuming that 80% by volume of nitrogen and 20% by volume of oxygen. Moreover, about evaluation, it evaluated based on the following reference | standard.
◎ Film formation and refractive index are good.
○ Film formation is good and the refractive index is practical.
× No film was formed.

Figure 0005034245
Figure 0005034245

(実施例2の評価)
実施例2の実験では、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度が7.1×1016[m−3]の場合はフィルム上でのパーティクルの発生が多く膜が有効に形成されなかった。また、N イオンの時間平均密度が8.0×1016[m−3]および1.4×1017[m−3]の場合は、フィルム上にSiOの薄膜が良好に形成されており、屈折率は実用にはたえ得るものであり、2.0×1017[m−3]以上の範囲では膜形成も屈折率もともに良好であった。
(Evaluation of Example 2)
In the experiment of Example 2, when the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge treatment gas is 7.1 × 10 16 [m −3 ], the generation of particles on the film is large and the film is effective. Not formed. In addition, when the time average density of N 4 + ions is 8.0 × 10 16 [m −3 ] and 1.4 × 10 17 [m −3 ], a thin film of SiO 2 is favorably formed on the film. The refractive index is practically acceptable, and both the film formation and the refractive index are good in the range of 2.0 × 10 17 [m −3 ] or more.

なお、プラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度が7.1×1016[m−3]の場合と8.0×1016[m−3]の場合の電流密度ピーク値は本実施形態の装置ではそれぞれ743[Am−2]、745[Am−2]と近接しているが、膜形成実験の評価は×と○で分かれた。このように、実施例2の結果は、少なくとも膜形成の成否に関しては電流密度ピーク値の違いよりも、寧ろ電流密度ピーク値の違いにより変動するプラズマ放電処理用ガス中のN イオンの時間平均密度の違いに大きく依存しており、8.0×1016[m−3]前後の密度に臨界性を持つことを示していると考えられる。 In addition, the current density peak value when the time average density of N 4 + ions in the plasma discharge treatment gas is 7.1 × 10 16 [m −3 ] and 8.0 × 10 16 [m −3 ]. Are close to 743 [Am −2 ] and 745 [Am −2 ] in the apparatus of this embodiment, respectively, but the evaluation of the film formation experiment was divided into “x” and “◯”. As described above, the result of Example 2 is that the time of N 4 + ions in the plasma discharge treatment gas that fluctuates due to the difference in the current density peak value, rather than the difference in the current density peak value, at least regarding the success or failure of the film formation. This greatly depends on the difference in average density, and is considered to indicate that the density around 8.0 × 10 16 [m −3 ] is critical.

プラズマ放電処理装置の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows the structural example of a plasma discharge processing apparatus. プラズマ放電処理装置の別の構成例を示す概略図である。It is the schematic which shows another structural example of a plasma discharge processing apparatus. プラズマ放電処理装置の電極に印加される電圧の周波数の1/4周期ごとのN イオン密度を表示したグラフである。Is a graph displaying the N 4 + ion density per 1/4 the cycle of the frequency of the voltage applied to the electrode of the plasma discharge treatment apparatus. 実施例1の実験結果を示すグラフである。4 is a graph showing experimental results of Example 1. 実施例2の実験結果を示すグラフである。6 is a graph showing experimental results of Example 2.

符号の説明Explanation of symbols

10 プラズマ放電処理装置
11 第1電極(一対の電極)
12 第2電極(一対の電極)
15 第1電源(電圧印加手段)
16 第2電源(電圧印加手段)
G 混合ガス
G° プラズマ放電処理用ガス
10 Plasma discharge treatment equipment
11 First electrode (a pair of electrodes)
12 Second electrode (a pair of electrodes)
15 1st power supply (voltage application means)
16 Second power source (voltage application means)
G Gas mixture G ° Plasma discharge treatment gas

Claims (7)

対向して配設された一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に、窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
大気圧近傍の圧力下で、前記ガス供給手段により前記一対の電極間に前記混合ガスを供給し、前記電圧印加手段から前記一対の電極間に周期的に変化する電圧をそれぞれ供給することにより前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が8.0×1016〜1×1020[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とするプラズマ放電処理装置。
A pair of electrodes disposed opposite to each other;
Voltage applying means for applying a voltage to the pair of electrodes;
A gas supply means for supplying a mixed gas containing a discharge gas and a reaction gas containing nitrogen as a main component between the pair of electrodes;
With
The gas supply means supplies the mixed gas between the pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and the voltage application means supplies a periodically changing voltage between the pair of electrodes. By applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes, a discharge is generated between the pair of electrodes via the mixed gas, and the mixed gas is turned into plasma, so that the time average density is 8.0 × 10 8. A plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions in a range of 16 to 1 × 10 20 [m −3 ] is generated, and a plasma discharge treatment is performed on the substrate using the generated plasma discharge treatment gas. A plasma discharge treatment apparatus.
対向して配設された一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に、窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
大気圧近傍の圧力下で、前記ガス供給手段により前記一対の電極間に前記混合ガスを供給し、前記電圧印加手段から前記一対の電極間に周期的に変化する電圧をそれぞれ供給することにより前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が1.2×1017〜1×1019[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とするプラズマ放電処理装置。
A pair of electrodes disposed opposite to each other;
Voltage applying means for applying a voltage to the pair of electrodes;
A gas supply means for supplying a mixed gas containing a discharge gas and a reaction gas containing nitrogen as a main component between the pair of electrodes;
With
The gas supply means supplies the mixed gas between the pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and the voltage application means supplies a periodically changing voltage between the pair of electrodes. By applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes, a discharge is generated between the pair of electrodes via the mixed gas, and the mixed gas is turned into plasma, and the time average density is 1.2 × 10 6. A plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions in a range of 17 to 1 × 10 19 [m −3 ] is generated, and a plasma discharge treatment is performed on the substrate using the generated plasma discharge treatment gas. A plasma discharge treatment apparatus.
対向して配設された一対の電極と、
前記一対の電極に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記一対の電極間に、窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給するガス供給手段と、
を備え、
大気圧近傍の圧力下で、前記ガス供給手段により前記一対の電極間に前記混合ガスを供給し、前記電圧印加手段から前記一対の電極間に周期的に変化する電圧をそれぞれ供給することにより前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が2.0×1017〜4×1017[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とするプラズマ放電処理装置。
A pair of electrodes disposed opposite to each other;
Voltage applying means for applying a voltage to the pair of electrodes;
A gas supply means for supplying a mixed gas containing a discharge gas and a reaction gas containing nitrogen as a main component between the pair of electrodes;
With
The gas supply means supplies the mixed gas between the pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure, and the voltage application means supplies a periodically changing voltage between the pair of electrodes. By applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes, a discharge is generated between the pair of electrodes via the mixed gas, and the mixed gas is turned into plasma, and the time average density is 2.0 × 10 6. A plasma discharge treatment gas containing N 4 + ions in a range of 17 to 4 × 10 17 [m −3 ] is generated, and the substrate is subjected to plasma discharge treatment using the generated plasma discharge treatment gas. A plasma discharge treatment apparatus.
大気圧近傍の圧力下で、プラズマ放電処理用の一対の電極間に周期的に変化する電界をかけて行うプラズマ放電処理方法であって、
前記一対の電極間に窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給し、前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が8.0×1016〜1×1020[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とするプラズマ放電処理方法。
A plasma discharge treatment method in which an electric field that changes periodically is applied between a pair of electrodes for plasma discharge treatment under a pressure near atmospheric pressure,
A gas mixture containing a discharge gas containing nitrogen as a main component and a reaction gas is supplied between the pair of electrodes, and an electric field that periodically changes is applied between the pair of electrodes, whereby the pair of electrodes is interposed via the gas mixture. A plasma discharge containing N 4 + ions having a time average density in the range of 8.0 × 10 16 to 1 × 10 20 [m −3 ] by causing discharge between the electrodes of the mixture to be plasmatized. A plasma discharge treatment method comprising: generating a treatment gas, and performing a plasma discharge treatment on a substrate using the generated plasma discharge treatment gas.
大気圧近傍の圧力下で、一対の電極間に周期的に変化する電界をかけて行うプラズマ放電処理方法であって、
前記一対の電極間に窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給し、前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が1.2×1017〜1×1019[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とするプラズマ放電処理方法。
A plasma discharge treatment method performed by applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure,
A gas mixture containing a discharge gas containing nitrogen as a main component and a reaction gas is supplied between the pair of electrodes, and an electric field that periodically changes is applied between the pair of electrodes, whereby the pair of electrodes is interposed via the gas mixture. A plasma discharge containing N 4 + ions having a time average density in the range of 1.2 × 10 17 to 1 × 10 19 [m −3 ] by causing a discharge between the electrodes of the mixture to be plasmatized. A plasma discharge treatment method comprising: generating a treatment gas, and performing a plasma discharge treatment on a substrate using the generated plasma discharge treatment gas.
大気圧近傍の圧力下で、一対の電極間に周期的に変化する電界をかけて行うプラズマ放電処理方法であって、
前記一対の電極間に窒素を主成分として含有する放電ガスおよび反応ガスを含む混合ガスを供給し、前記一対の電極間に周期的に変化する電界をかけることで前記混合ガスを介して前記一対の電極間で放電を生じさせて前記混合ガスをプラズマ化させて、時間平均密度が2.0×1017〜4×1017[m−3]の範囲のN イオンを含有するプラズマ放電処理用ガスを生成し、生成した前記プラズマ放電処理用ガスを用いて基材に対するプラズマ放電処理を行うことを特徴とするプラズマ放電処理方法。
A plasma discharge treatment method performed by applying an electric field that periodically changes between a pair of electrodes under a pressure near atmospheric pressure,
A gas mixture containing a discharge gas containing nitrogen as a main component and a reaction gas is supplied between the pair of electrodes, and an electric field that periodically changes is applied between the pair of electrodes, whereby the pair of electrodes is interposed via the gas mixture. A plasma discharge containing N 4 + ions having a time average density in the range of 2.0 × 10 17 to 4 × 10 17 [m −3 ] by causing a discharge between the electrodes of the mixture to be plasmatized. A plasma discharge treatment method comprising: generating a treatment gas, and performing a plasma discharge treatment on a substrate using the generated plasma discharge treatment gas.
前記N イオンの時間平均密度を、電流密度の値を変動させて制御することを特徴とする請求項から請求項のいずれか一項に記載のプラズマ放電処理方法。 The plasma discharge treatment method according to any one of claims 4 to 6 , wherein the time average density of the N 4 + ions is controlled by changing a value of a current density.
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