JP6358020B2 - Deposition equipment - Google Patents

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Description

本発明は、プラズマを用い、鋼材等の導電性を有する被加工材料の表面に皮膜を形成するための成膜装置に関するものである。   The present invention relates to a film forming apparatus for forming a film on the surface of a work material having conductivity such as steel using plasma.

従来、鋼材などの導電性を有する被加工材料の表面に成膜処理する技術が特許文献１などにより知られている。この特許文献に開示された技術では、プラズマ生成装置が石英窓を通して石英窓から突出するように配置された処理容器内の被加工材料に向けマイクロ波を供給することにより、石英窓内面の周辺領域にプラズマが発生し、シース層がプラズマと被加工材料との境界に生成される。マイクロ波の供給中に、プラズマ生成装置が被加工材料へ負のバイアス電圧を印加する。この結果、被加工材料の表面に沿ってシース層が生成し、生成されたシース層は拡大する。供給されたマイクロ波は、このシース層に沿って伝搬し、プラズマが伸長する。この結果、原料ガスがプラズマによって分解され、被加工材料の表面が成膜処理される。   Conventionally, a technique for forming a film on the surface of a work material having conductivity, such as a steel material, is known from Patent Document 1 or the like. In the technique disclosed in this patent document, a plasma generating device supplies a microwave toward a material to be processed in a processing container disposed so as to protrude from the quartz window through the quartz window. The plasma is generated in this way, and a sheath layer is generated at the boundary between the plasma and the material to be processed. During the supply of the microwave, the plasma generator applies a negative bias voltage to the workpiece material. As a result, a sheath layer is generated along the surface of the workpiece material, and the generated sheath layer is expanded. The supplied microwave propagates along the sheath layer, and the plasma expands. As a result, the source gas is decomposed by the plasma, and the surface of the material to be processed is subjected to film formation.

特開２００４−４７２０７号公報JP 2004-47207 A

特許文献１に開示された技術では、被加工材料の処理表面に沿って形成されたシース層とプラズマとの界面を、表面波として伝搬するマイクロ波において、シース層の厚さが変化すると表面波に対するインピーダンスが変化するので、表面波の一部は反射される。また、シース層が薄い程、被加工材料の処理表面で発生する抵抗損失が増大する。この結果、石英窓から遠ざかるほど、プラズマ密度が減衰する。この結果、石英窓側の被加工材料への成膜の処理能力に比べて、石英窓と反対側の被加工材料への成膜の処理能力は、低下する。   In the technology disclosed in Patent Document 1, when the thickness of the sheath layer changes in the microwave propagating as a surface wave through the interface between the sheath layer and the plasma formed along the processing surface of the material to be processed, the surface wave Since the impedance with respect to changes, a part of the surface wave is reflected. Also, the thinner the sheath layer, the greater the resistance loss that occurs on the treated surface of the material being processed. As a result, the plasma density decreases as the distance from the quartz window increases. As a result, the processing capability of film formation on the processing material on the side opposite to the quartz window is lower than the processing capability of film formation on the processing material on the quartz window side.

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、マイクロ波供給口側の被加工材料への成膜の処理能力に比べて、マイクロ波供給口と反対側の被加工材料への成膜の処理能力の低下を低減する成膜装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. Compared to the processing capability of film formation on the workpiece material on the microwave supply port side, the present invention is directed to the workpiece material on the side opposite to the microwave supply port. An object of the present invention is to provide a film forming apparatus capable of reducing a decrease in the processing capability of the film forming.

上記目的を達成するために、請求項１記載の成膜装置は、導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口と、前記マイクロ波供給口に対して突出して配置された前記被加工材料に、前記負電圧印加部によって印加される負のバイアス電圧を印加させる負電圧印加端子部材と、前記マイクロ波供給口側と反対側に形成されるシース層の厚みを拡大させるための電極であって、ＧＮＤに接続され、または正電圧印加部から供給される正の電圧が印加され、かつ前記突出して配置された前記被加工材料の外側の周囲に配置される補助電極と、を備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a film forming apparatus according to claim 1 includes a microwave supply unit that supplies a microwave for generating plasma along a processing surface of a conductive material to be processed, A negative voltage applying unit that applies a negative bias voltage to the workpiece material to expand the sheath layer along the processing surface of the processing material, and a microwave supplied from the microwave supply unit is propagated to the expanded sheath layer A negative supply voltage application terminal member that applies a negative bias voltage applied by the negative voltage application unit to the workpiece material that protrudes from the microwave supply port. An electrode for enlarging the thickness of the sheath layer formed on the side opposite to the microwave supply port, and a positive voltage connected to GND or supplied from a positive voltage application unit is applied. It is, and characterized in that it comprises an auxiliary electrode disposed around the outside of the protruding and placed the material to be processed.

請求項１記載の成膜装置によれば、補助電極側の被加工材料の外側の周囲の電界強度が強くなる。この結果、補助電極側の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、補助電極を設けない場合に生成されるシース層より厚くなる。従って、補助電極側の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰が低減し、成膜処理能力の低下を低減する成膜装置を提供することができる。   According to the film forming apparatus of the first aspect, the electric field strength around the outside of the material to be processed on the auxiliary electrode side is increased. As a result, the sheath layer generated around the outside of the material to be processed on the auxiliary electrode side becomes thicker than the sheath layer generated when the auxiliary electrode is not provided. Therefore, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of plasma generated around the outside of the material to be processed on the auxiliary electrode side is reduced and the reduction in film forming processing capability is reduced.

また、前記補助電極は、前記マイクロ波供給口に対して、前記被加工材料を挟む位置に設けられてもよい。この場合、補助電極が被加工材料を挟む位置に設けられるので、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。   The auxiliary electrode may be provided at a position sandwiching the workpiece material with respect to the microwave supply port. In this case, since the auxiliary electrode is provided at a position sandwiching the material to be processed, the electric field intensity around the outside of the material to be processed farthest from the microwave supply port becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.

また、前記補助電極は、前記被加工材料の突出方向に対して垂直な方向に延びてもよい。この場合、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。これにより、シース層の厚さ方向に延びた補助電極と被加工材料とで囲まれた領域に電界が集中しやすくなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。
The auxiliary electrode may extend in a direction perpendicular to the protruding direction of the workpiece material . In this case, the electric field strength around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes stronger. This makes it easier for the electric field to concentrate in a region surrounded by the auxiliary electrode extending in the thickness direction of the sheath layer and the material to be processed. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.

また、前記補助電極は、前記被加工材料との距離が長くなるほど、大きい正の電圧値が印加されてもよい。この場合、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。
さらに、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度だけでなく、最も遠い位置からマイクロ波供給口にむかう途中の位置においても、電界強度が強くなる。よって、最も遠い位置からマイクロ波供給口にむかう途中の位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰も低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。
In addition, a larger positive voltage value may be applied to the auxiliary electrode as the distance from the workpiece material becomes longer . In this case, the electric field strength around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.
Furthermore, the electric field strength is increased not only at the electric field intensity around the outside of the work material farthest from the microwave supply port, but also at a position on the way from the farthest position to the microwave supply port. Therefore, a film deposition apparatus that reduces the attenuation of the density of plasma generated around the outside of the material to be processed at a position on the way from the farthest position to the microwave supply port, and further reduces the decrease in film forming processing capability. Can be provided.

また、前記補助電極は、前記被加工材料との距離が長くなるほど、前記マイクロ波供給口に向かって湾曲してもよい。この場合、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。湾曲した補助電極の端部が被加工材料に近づくため、補助電極と被加工材料とで囲まれた領域の電界強度がより大きくなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。

Further, the auxiliary electrode may be curved toward the microwave supply port as the distance from the workpiece material becomes longer . In this case, the electric field strength around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes stronger. Since the end portion of the curved auxiliary electrode approaches the material to be processed, the electric field strength in the region surrounded by the auxiliary electrode and the material to be processed becomes larger. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.

さらに、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度だけでなく、最も遠い位置からマイクロ波供給口にむかう途中の位置においても、電界強度が強くなる。よって、最も遠い位置からマイクロ波供給口にむかう途中の位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰も低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。   Furthermore, the electric field strength is increased not only at the electric field intensity around the outside of the work material farthest from the microwave supply port, but also at a position on the way from the farthest position to the microwave supply port. Therefore, a film deposition apparatus that reduces the attenuation of the density of plasma generated around the outside of the material to be processed at a position on the way from the farthest position to the microwave supply port, and further reduces the decrease in film forming processing capability. Can be provided.

また、前記補助電極は、前記マイクロ波供給口に対する前記被加工材料の突出方向に沿って配置されてもよい。この場合、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。   The auxiliary electrode may be disposed along a protruding direction of the workpiece material with respect to the microwave supply port. In this case, the electric field strength around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.

また、前記補助電極は、前記マイクロ波供給口側よりも前記反対側の方が前記被加工材料との距離が短くなるように配置されてもよい。この場合、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。   The auxiliary electrode may be arranged such that the distance from the workpiece material is shorter on the opposite side than on the microwave supply port side. In this case, the electric field strength around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.

また、前記補助電極は、前記マイクロ波供給口側よりも前記反対側の方が、大きい値の正の電圧が印加されてもよい。この場合、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲の電界強度がより強くなる。この結果、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、マイクロ波供給口から最も遠い位置の被加工材料の外側の周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減し、成膜処理能力の低下をより低減する成膜装置を提供することができる。   The auxiliary electrode may be applied with a positive voltage having a larger value on the opposite side than on the microwave supply port side. In this case, the electric field strength around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port becomes thicker. Accordingly, it is possible to provide a film forming apparatus in which the attenuation of the density of the plasma generated around the outside of the work material farthest from the microwave supply port is further reduced, and the decrease in film forming processing capability is further reduced. it can.

また、前記補助電極に印加される正の電圧は、前記負電圧印加部により負のバイアス電圧が印加され、かつ前記マイクロ波供給部によるマイクロ波が供給される期間の少なくとも一部に印加されてもよい。   The positive voltage applied to the auxiliary electrode is applied to at least a part of a period in which a negative bias voltage is applied by the negative voltage application unit and a microwave is supplied by the microwave supply unit. Also good.

第１実施形態の成膜装置の概略構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows schematic structure of the film-forming apparatus of 1st Embodiment. 第１実施形態のマイクロ波パルス、負電圧パルス、および正電圧を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the microwave pulse, negative voltage pulse, and positive voltage of 1st Embodiment. 第１実施形態のマイクロ波供給口、被加工材料、負電圧電極、および補助電極の配置を示すＺ方向の断面図である。It is sectional drawing of the Z direction which shows arrangement | positioning of the microwave supply port of 1st Embodiment, a to-be-processed material, a negative voltage electrode, and an auxiliary electrode. 補助電極が設けられない場合、補助電極に正電圧が印加された場合、および補助電極がＧＮＤ接続された場合のＺ方向の被加工材料の位置における膜厚の分布を示すグラフである。It is a graph which shows distribution of the film thickness in the position of the to-be-processed material of a Z direction when a positive voltage is applied to an auxiliary electrode, when an auxiliary electrode is not provided, and when an auxiliary electrode is GND-connected. 変形例１のマイクロ波供給口、被加工材料、負電圧電極、および補助電極の配置を示すＺ方向の断面図である。It is sectional drawing of the Z direction which shows arrangement | positioning of the microwave supply port of the modification 1, a to-be-processed material, a negative voltage electrode, and an auxiliary electrode. 変形例２のマイクロ波供給口、被加工材料、負電圧電極、および補助電極の配置を示すＺ方向の断面図である。It is sectional drawing of the Z direction which shows arrangement | positioning of the microwave supply port of the modification 2, a to-be-processed material, a negative voltage electrode, and an auxiliary electrode. 第２実施形態のマイクロ波供給口、被加工材料、負電圧電極、および補助電極の配置を示すＺ方向の断面図である。It is sectional drawing of the Z direction which shows arrangement | positioning of the microwave supply port of 2nd Embodiment, a to-be-processed material, a negative voltage electrode, and an auxiliary electrode. 変形例３のマイクロ波供給口、被加工材料、負電圧電極、および補助電極の配置を示すＺ方向の断面図である。It is sectional drawing of the Z direction which shows arrangement | positioning of the microwave supply port of the modification 3, a to-be-processed material, a negative voltage electrode, and an auxiliary electrode. 変形例４のマイクロ波供給口、被加工材料、負電圧電極、および補助電極の配置を示すＺ方向の断面図である。It is sectional drawing of the Z direction which shows arrangement | positioning of the microwave supply port of the modification 4, a to-be-processed material, a negative voltage electrode, and an auxiliary electrode.

＜第１実施形態＞
以下、本発明の成膜装置１の第１実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。 <First Embodiment>
Hereinafter, a first embodiment of a film forming apparatus 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１に示すように、成膜装置１は、処理容器２、真空ポンプ３、ガス供給部５、及び制御部６等から構成されている。処理容器２は、ステンレス等の金属製であって、気密構造の処理容器である。真空ポンプ３は、圧力調整バルブ７を介して処理容器２の内部を真空排気可能なポンプである。処理容器１の内部には、成膜対象である導電性を有する被加工材料８が、マイクロ波供給口２２により支持されている。   As shown in FIG. 1, the film forming apparatus 1 includes a processing container 2, a vacuum pump 3, a gas supply unit 5, a control unit 6, and the like. The processing container 2 is made of metal such as stainless steel and has a hermetic structure. The vacuum pump 3 is a pump capable of evacuating the inside of the processing container 2 via the pressure adjustment valve 7. Inside the processing container 1, a conductive work material 8 that is a film formation target is supported by a microwave supply port 22.

被加工材料８の材質は、処理表面１０が導電性を有していれば、特に限定されるものではないが、本実施形態では低温焼戻し鋼である。ここで低温焼戻し鋼とは、ＪＩＳ Ｇ４０５１（機械構造用炭素鋼鋼材）、Ｇ４４０１（炭素工具鋼鋼材）、Ｇ４４−４（合金工具用鋼材）、又はマルエージング鋼材などの材料である。被加工材料８は、低温焼戻し鋼以外にも、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされているものでもよい。   The material of the work material 8 is not particularly limited as long as the treatment surface 10 has conductivity, but in this embodiment, it is low-temperature tempered steel. Here, the low-temperature tempered steel is a material such as JIS G4051 (carbon steel material for machine structure), G4401 (carbon tool steel material), G44-4 (steel material for alloy tool), or maraging steel material. In addition to the low-temperature tempered steel, the work material 8 may be ceramic or resin in which a conductive material is coated.

ガス供給部５は、処理容器２の内部に成膜用の原料ガスと不活性ガスとを供給する。具体的には、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、またはＸｅなどの不活性ガスとＣＨ４、ＣＨ２、Ｃ２Ｈ２、又はＴＭＳ（テトラメチルシラン）等の原料ガスとが供給される。本実施形態では、ＣＨ４、Ｃ２Ｈ２、及びＴＭＳの原料ガスにより被加工材料８がＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ Ｌｉｋｅ Ｃａｒｂｏｎ）成膜処理されるとして説明する。   The gas supply unit 5 supplies a film forming source gas and an inert gas into the processing container 2. Specifically, an inert gas such as He, Ne, Ar, Kr, or Xe and a source gas such as CH4, CH2, C2H2, or TMS (tetramethylsilane) are supplied. In the present embodiment, description will be made on the assumption that the workpiece material 8 is subjected to a DLC (Diamond Like Carbon) film formation process using CH4, C2H2, and TMS source gases.

ガス供給部５から供給される原料ガス、および不活性ガスの流量、および圧力が制御部６を介して制御されてもよいし、作業者により制御されてもよい。原料ガスは、アルキン、アルケン、アルカン、芳香族化合物などのＣＨ結合を有する化合物、または炭素が含まれる化合物が含まれるガスであればよい。Ｈ２が原料ガスに含まれてもよい。   The flow rate and pressure of the source gas and the inert gas supplied from the gas supply unit 5 may be controlled via the control unit 6 or may be controlled by an operator. The source gas may be a gas containing a compound having a CH bond such as alkyne, alkene, alkane, aromatic compound, or a compound containing carbon. H2 may be included in the source gas.

処理容器２の内部に保持された被加工材料８に対してＤＬＣ成膜処理を行うためのプラズマが発生される。このプラズマは、マイクロ波パルス制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、負電圧電源１５、及び負電圧パルス発生部１６により発生される。本実施形態では、特開２００４−４７２０７号公報に開示された方法（以下、「ＭＶＰ法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ ｓｈｅａｔｈ−Ｖｏｌｔａｇｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ Ｐｌａｓｍａ法）」という。）により表面波励起プラズマが発生されるとして説明する。以降の記載では、ＭＶＰ法を説明する。   Plasma for performing the DLC film forming process on the material 8 to be processed held inside the processing container 2 is generated. This plasma is generated by the microwave pulse controller 11, the microwave oscillator 12, the microwave power source 13, the negative voltage power source 15, and the negative voltage pulse generator 16. In the present embodiment, description will be made on the assumption that surface wave excitation plasma is generated by a method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-47207 (hereinafter referred to as “MVP method (Microwave shear-Voltage combination Plasma method)”). In the following description, the MVP method will be described.

マイクロ波パルス制御部１１は制御部６の指示に従い、パルス信号を発振し、この発振したパルス信号をマイクロ波発振器１２へ供給する。マイクロ波発振器１２は、マイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、マイクロ波パルスを発生する。マイクロ波電源１３は、制御部６の指示に従い、指示された出力で２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発振するマイクロ波発振器１２へ電力を供給する。つまり、マイクロ波発振器１２は、２．４５ＧＨｚのマイクロ波をマイクロ波パルス制御部１１からのパルス信号に従って、パルス状のマイクロ波パルスで後述するアイソレータ１７に供給する。   The microwave pulse control unit 11 oscillates a pulse signal in accordance with an instruction from the control unit 6 and supplies the oscillated pulse signal to the microwave oscillator 12. The microwave oscillator 12 generates a microwave pulse according to the pulse signal from the microwave pulse controller 11. The microwave power source 13 supplies power to the microwave oscillator 12 that oscillates a microwave of 2.45 GHz with the instructed output in accordance with an instruction of the control unit 6. That is, the microwave oscillator 12 supplies a 2.45 GHz microwave to the isolator 17 described later as a pulsed microwave pulse according to the pulse signal from the microwave pulse control unit 11.

マイクロ波パルスは、マイクロ波発振器１２からアイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、同軸導波管２１、及びマイクロ波供給口２２を経由し、被加工材料８の処理表面に供給される。同軸導波管２１は、導波管１９から図示されない同軸導波管変換器を介して突設される。マイクロ波供給口２２は、石英などのマイクロ波を透過する誘電体等の部材である。アイソレータ１７は、マイクロ波の反射波がマイクロ波発振器１２へ戻ることを防ぐものである。チューナー１８は、マイクロ波の反射波が最小になるようにチューナー１８前後のインピーダンスを整合するものである。   The microwave pulse is supplied from the microwave oscillator 12 to the processing surface of the workpiece 8 via the isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, the coaxial waveguide 21, and the microwave supply port 22. The coaxial waveguide 21 protrudes from the waveguide 19 via a coaxial waveguide converter (not shown). The microwave supply port 22 is a member such as a dielectric material that transmits microwaves such as quartz. The isolator 17 prevents the reflected wave of the microwave from returning to the microwave oscillator 12. The tuner 18 matches the impedances before and after the tuner 18 so that the reflected wave of the microwave is minimized.

被加工材料８は、マイクロ波供給口２２に対して処理容器２の内側に向かって突出するように配置されている。例えば、被加工材料８は、マイクロ波供給口２２に形成された溝に挿入されてもよいし、被加工材料８を支持する図示しない治具がこの溝に挿入されてもよい。   The workpiece 8 is disposed so as to protrude toward the inside of the processing container 2 with respect to the microwave supply port 22. For example, the workpiece material 8 may be inserted into a groove formed in the microwave supply port 22, or a jig (not shown) that supports the workpiece material 8 may be inserted into the groove.

被加工材料８の上端部には、負のバイアス電圧パルスを印加するための負電圧電極２５が、被加工材料８の上端に電気的に接続される。   A negative voltage electrode 25 for applying a negative bias voltage pulse is electrically connected to the upper end of the workpiece 8 at the upper end of the workpiece 8.

負電圧電源１５は、制御部６の指示に従い、負電圧パルス発生部１６に負のバイアス電圧を供給する。負電圧パルス発生部１６は、負電圧電源１５から供給された負のバイアス電圧をパルス化する。このパルス化の処理は、負電圧パルス発生部１６が制御部６の指示に従い、負のバイアス電圧パルスの大きさ、周期、及び、デューティ比を制御する処理である。このパルス状の負のバイアス電圧である負のバイアス電圧パルスが、処理容器２の内部に保持された被加工材料８に負電圧電極２５を介して印加される。   The negative voltage power supply 15 supplies a negative bias voltage to the negative voltage pulse generator 16 in accordance with an instruction from the controller 6. The negative voltage pulse generator 16 pulses the negative bias voltage supplied from the negative voltage power supply 15. This pulsing process is a process in which the negative voltage pulse generator 16 controls the magnitude, cycle, and duty ratio of the negative bias voltage pulse in accordance with an instruction from the controller 6. A negative bias voltage pulse, which is a pulsed negative bias voltage, is applied to the workpiece 8 held inside the processing vessel 2 via the negative voltage electrode 25.

被加工材料８が、金属基材の場合であっても、セラミック、または樹脂に導電性の材料がコーティングされた場合であっても、被加工材料８の少なくとも処理表面１０全域に負のバイアス電圧パルスが印加される。   Whether the workpiece 8 is a metal substrate or a ceramic or resin is coated with a conductive material, a negative bias voltage is applied to at least the entire processing surface 10 of the workpiece 8. A pulse is applied.

発生されたマイクロ波パルス、および負のバイアス電圧パルスの少なくとも一部が同一時間に印加されるように制御されることにより表面波励起プラズマが発生される。マイクロ波は２．４５ＧＨｚに限らず、０．３ＧＨｚ〜５０ＧＨｚの周波数であればよい。また、パルス状のマイクロ波パルスが供給されたが、連続するマイクロ波が供給されてもよい。負電圧電源１５、負電圧パルス発生部１６が本発明の負電圧印加部の一例である。負電圧電極２５が本発明の負電圧印加端子部材の一例である。   By controlling the generated microwave pulse and the negative bias voltage pulse to be applied at the same time, the surface wave excited plasma is generated. The microwave is not limited to 2.45 GHz, but may have a frequency of 0.3 GHz to 50 GHz. Further, although a pulsed microwave pulse is supplied, a continuous microwave may be supplied. The negative voltage power supply 15 and the negative voltage pulse generator 16 are examples of the negative voltage application unit of the present invention. The negative voltage electrode 25 is an example of the negative voltage application terminal member of the present invention.

マイクロ波制御部１１、マイクロ波発振器１２、マイクロ波電源１３、アイソレータ１７、チューナー１８、導波管１９、及び同軸導波管２１が本発明のマイクロ波供給部の一例である。尚、成膜装置１は、負電圧パルス発生部１６の代わりに、パルス状の負のバイアス電圧でなく、連続する負のバイアス電圧を印加する負電圧発生部を備えてもよい。   The microwave control unit 11, the microwave oscillator 12, the microwave power source 13, the isolator 17, the tuner 18, the waveguide 19, and the coaxial waveguide 21 are examples of the microwave supply unit of the present invention. The film forming apparatus 1 may include a negative voltage generating unit that applies a continuous negative bias voltage instead of the pulsed negative bias voltage instead of the negative voltage pulse generating unit 16.

処理容器２の側壁に設けられた窓２７の外側近傍の位置に、放射温度計２９が配置されている。放射温度計２９は、制御部６に電気的に接続される。放射温度計２９は、赤外線を受信し、受信された赤外線の強度を算出する。算出した赤外線の強度から被加工材料８の表面温度を算出する。放射温度計２９は、算出した被加工材料８の温度情報を制御部６に出力する。   A radiation thermometer 29 is arranged at a position near the outside of the window 27 provided on the side wall of the processing container 2. The radiation thermometer 29 is electrically connected to the control unit 6. The radiation thermometer 29 receives infrared rays and calculates the intensity of the received infrared rays. The surface temperature of the workpiece 8 is calculated from the calculated infrared intensity. The radiation thermometer 29 outputs the calculated temperature information of the work material 8 to the control unit 6.

制御部６は、負電圧電源１５とマイクロ波電源１３に制御信号を出力してマイクロ波パルスの印加電力と負電圧パルスの印加電圧を制御する。制御部６は、負電圧パルス発生部１６及びマイクロ波パルス制御部１１に制御信号を出力することによって、パルス状の負のバイアス電圧パルスの印加タイミング、および供給電圧と、マイクロ波発振器１２から発生されるマイクロ波パルスの供給タイミング、及び供給電力とを制御する。   The control unit 6 outputs control signals to the negative voltage power supply 15 and the microwave power supply 13 to control the applied power of the microwave pulse and the applied voltage of the negative voltage pulse. The control unit 6 outputs a control signal to the negative voltage pulse generation unit 16 and the microwave pulse control unit 11, thereby generating the application timing and supply voltage of the pulsed negative bias voltage pulse and the microwave oscillator 12. The supply timing and supply power of the microwave pulse to be controlled are controlled.

制御部６は、ガス供給部５に流量制御信号を出力して原料ガス及び不活性ガスの供給を制御する。制御部６は、処理容器２に取り付けられた真空計２６から入力される処理容器２内の圧力を表す圧力信号に基づいて、制御信号を圧力調整バルブ７に出力して、処理容器２内の圧力を制御する。   The control unit 6 outputs a flow rate control signal to the gas supply unit 5 to control the supply of the source gas and the inert gas. The control unit 6 outputs a control signal to the pressure adjustment valve 7 based on a pressure signal representing the pressure in the processing container 2 input from the vacuum gauge 26 attached to the processing container 2, and Control the pressure.

［表面波励起プラズマの説明］
通常、表面波励起プラズマを発生させる場合、ある程度以上の電子（イオン）密度におけるプラズマと、これに接する誘電体との界面に沿ってマイクロ波が供給される。供給されたマイクロ波は、この界面に電磁波のエネルギーが集中した状態で表面波として伝播される。その結果、界面に接するプラズマは高エネルギー密度の表面波によって励起され、さらに増幅される。これにより高密度プラズマが生成されて維持される。ただし、この誘電体を導電性材料に換えた場合、導電性材料は表面波の導波路としては機能せず、好ましい表面波の伝播及びプラズマ励起を生ずることはできない。 [Description of surface wave excitation plasma]
Usually, when generating surface wave excitation plasma, a microwave is supplied along the interface between a plasma having a certain level of electron (ion) density and a dielectric in contact with the plasma. The supplied microwave is propagated as a surface wave with the energy of electromagnetic waves concentrated on this interface. As a result, the plasma in contact with the interface is excited by a high energy density surface wave and further amplified. Thereby, a high density plasma is generated and maintained. However, when this dielectric is replaced with a conductive material, the conductive material does not function as a surface wave waveguide, and preferable surface wave propagation and plasma excitation cannot occur.

一方、プラズマに接する物体の表面近傍には、本質的に単一極性の荷電粒子層、いわゆるシース層が形成される。物体が、負のバイアス電圧を加えた導電性を有する被加工材料８の場合、シース層とは電子密度が低い層、すなわち、正極性であって、マイクロ波の周波数帯においてはほぼ比誘電率ε≒１の層である。このため、印加する負のバイアス電圧の絶対値を例えば−１００Ｖの絶対値より大きくすることによりシース層のシース厚さを厚くできる。すなわちシース層が拡大する。このシース層が、プラズマとプラズマに接する物体との界面に表面波を伝播させる誘電体として作用する。   On the other hand, an essentially unipolar charged particle layer, a so-called sheath layer, is formed near the surface of an object in contact with plasma. In the case where the object is a work material 8 having conductivity to which a negative bias voltage is applied, the sheath layer is a layer having a low electron density, that is, positive polarity, and substantially has a relative dielectric constant in the microwave frequency band. It is a layer of ε≈1. For this reason, the sheath thickness of the sheath layer can be increased by making the absolute value of the negative bias voltage to be applied larger than the absolute value of, for example, −100V. That is, the sheath layer expands. This sheath layer acts as a dielectric that propagates surface waves to the interface between the plasma and the object in contact with the plasma.

従って、被加工材料８の一端に近接して配置されたマイクロ波供給口２２からマイクロ波が供給され、かつ被加工材料８に負のバイアス電圧が印加されると、マイクロ波はシース層とプラズマとの界面に沿って表面波として伝搬する。この結果、被加工材料８及び保持治具９の処理表面１０に沿って表面波に基づく高密度励起プラズマが発生する。この高密度励起プラズマが、上述した表面波励起プラズマである。   Therefore, when a microwave is supplied from the microwave supply port 22 disposed close to one end of the workpiece material 8 and a negative bias voltage is applied to the workpiece material 8, the microwave is separated from the sheath layer and the plasma. It propagates as a surface wave along the interface. As a result, high-density excitation plasma based on surface waves is generated along the processing surface 10 of the workpiece 8 and the holding jig 9. This high-density excitation plasma is the above-described surface wave excitation plasma.

このような被加工材料８の表面の近傍での表面波励起による高密度プラズマの電子密度は１０11〜１０12ｃｍ―3に達する。このＭＶＰ法を用いたプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合は、通常のプラズマＣＶＤによりＤＬＣ成膜処理される場合よりも１０倍から１００倍大きい成膜速度３〜３０（ナノｍ／秒）が得られるので高速成膜が可能である。   The electron density of the high-density plasma due to surface wave excitation in the vicinity of the surface of the workpiece 8 reaches 1011 to 1012 cm-3. When the DLC film forming process is performed by plasma CVD using the MVP method, the film forming speed is 3 to 30 (nano m / second), which is 10 to 100 times larger than the case where the DLC film forming process is performed by normal plasma CVD. Therefore, high-speed film formation is possible.

このＭＶＰ法では、マイクロ波供給口２２に密着させて被加工材料８を配置し、被加工材料８の処理表面１０に沿ってシース層が形成される。負のバイアス電圧により拡大されたシース層に沿って、表面波として伝搬するマイクロ波によって高密度プラズマが生成される。このプラズマの密度が高いので、被加工材料８は高速成膜される。被加工材料８は、同軸導波管２１の中心導体２１Ｃと対向して配置されるので、マイクロ波が上方向に効率よく伝搬する。   In this MVP method, the work material 8 is disposed in close contact with the microwave supply port 22, and a sheath layer is formed along the processing surface 10 of the work material 8. A high-density plasma is generated by the microwave propagating as a surface wave along the sheath layer expanded by the negative bias voltage. Since the plasma density is high, the material 8 to be processed is formed at high speed. Since the work material 8 is disposed so as to face the central conductor 21C of the coaxial waveguide 21, the microwaves propagate efficiently in the upward direction.

成膜装置１は、補助電極３０、および正電圧電源４０を備える。制御部６は、正電圧電源４０に制御信号を出力することによって、連続する正の電圧の供給電圧、及びこの正の電圧の供給タイミングを制御する。正電圧電源４０は、制御部６からの制御信号に従い、補助電極３０に正の電圧を供給する。制御部６、および正電圧電源４０が本発明の正電圧印加部の一例である。図３を参照して、マイクロ波パルスの供給と、負のバイアス電圧、および正の電圧の印加との一例について説明する。尚、マイクロ波パルスの供給と、負のバイアス電圧の印加との詳細は、特開２０１４−５１７１５号公報に開示されている。   The film forming apparatus 1 includes an auxiliary electrode 30 and a positive voltage power source 40. The control unit 6 outputs a control signal to the positive voltage power supply 40 to control the continuous positive voltage supply voltage and the supply timing of the positive voltage. The positive voltage power supply 40 supplies a positive voltage to the auxiliary electrode 30 in accordance with a control signal from the control unit 6. The control unit 6 and the positive voltage power supply 40 are examples of the positive voltage application unit of the present invention. With reference to FIG. 3, an example of supplying a microwave pulse and applying a negative bias voltage and a positive voltage will be described. Details of the supply of the microwave pulse and the application of the negative bias voltage are disclosed in JP-A-2014-51715.

マイクロ波パルスの１パルス毎の供給時間Ｔｍｗは、マイクロ波パルスの周期Ｔ１、およびマイクロ波パルスのデューティ比ＤＭＷ（Ｄｕｔｙ ｏｆ ｍｉｃｒｏｗａｖｅ）により次式で表される。
Ｔｍｗ＝Ｔ１＊ＤＭＷ・・・（１）
負電圧パルスの１パルスごとの印加時間Ｔｄｃは、負電圧パルスの周期Ｔ２、および負電圧パルスデューティ比ＤＳＨ（ｄｕｔｙ ｏｆ ｓｈｅｅｔｈ）により次式で表される。
Ｔｄｃ＝Ｔ２＊ＤＳＨ・・・（２）
尚、マイクロ波パルスが供給されてから負電圧パルスが印加されてもよいし、負電圧パルスが印加されてからマイクロ波パルスが供給されてもよいし、マイクロ波パルスの供給と負電圧パルスの印加とが同時に行われてもよい。また、同様に、マイクロ波パルスの供給が終了してから、負電圧パルスの印加が終了してもよいし、負電圧パルスの印加が終了してから、マイクロ波パルスの供給が終了してもよいし、マイクロ波パルスの供給終了と、負電圧の印加終了が同時に行われてもよい。 The supply time Tmw of each microwave pulse is expressed by the following equation by the period T1 of the microwave pulse and the duty ratio DMW (Duty of Microwave) of the microwave pulse.
Tmw = T1 * DMW (1)
The application time Tdc of each negative voltage pulse is expressed by the following equation by the negative voltage pulse cycle T2 and the negative voltage pulse duty ratio DSH (duty of sheet).
Tdc = T2 * DSH (2)
Note that the negative voltage pulse may be applied after the microwave pulse is supplied, the microwave pulse may be supplied after the negative voltage pulse is applied, the supply of the microwave pulse and the negative voltage pulse The application may be performed simultaneously. Similarly, the application of the negative voltage pulse may be completed after the supply of the microwave pulse is completed, or the supply of the microwave pulse may be completed after the application of the negative voltage pulse is completed. Alternatively, the end of the supply of the microwave pulse and the end of the application of the negative voltage may be performed simultaneously.

正の電圧は、マイクロ波の供給、および負電圧パルスの印加が行われている期間に印加されればよい。すなわち、負電圧パルスの１パルス毎の印加時間Ｔｄｃの少なくとも一部に正の電圧が印加されればよい。図２においては、成膜期間中の全期間中に正の電圧が印加されている。負のバイアス電圧の値は、−１００Ｖ〜−１０００Ｖであればよく、正の電圧の値は、マイクロ波供給口２２側の電界強度よりも、マイクロ波供給口２２からＺ方向に離れた位置の被加工材料８の周囲の電界強度が大きくなればよく、例えば、＋１Ｖ〜＋２００Ｖであればよい。この結果、被加工材料８の上端８Ｕにおけるシース層は、より厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減する。   The positive voltage may be applied during a period in which the supply of the microwave and the application of the negative voltage pulse are performed. That is, a positive voltage may be applied to at least a part of the application time Tdc for each negative voltage pulse. In FIG. 2, a positive voltage is applied during the entire film formation period. The value of the negative bias voltage may be −100 V to −1000 V, and the value of the positive voltage is at a position farther away from the microwave supply port 22 in the Z direction than the electric field strength on the microwave supply port 22 side. It is only necessary that the electric field intensity around the workpiece 8 is increased. For example, it may be + 1V to + 200V. As a result, the sheath layer at the upper end 8U of the work material 8 becomes thicker. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is further reduced.

図３を参照して、補助電極３０について詳細に説明する。補助電極３０は、金属材料から形成される。負電圧電極２５の側面に絶縁部材３１が固定される。この絶縁部材３１の側面に補助電極３０が固定される。よって、補助電極３０は、マイクロ波供給口２２から突出して配置された被加工材料８の外側の周囲に配置される。補助電極３０は、絶縁部材３１の側面から法線方向Ｎに延びる円盤である。法線方向Ｎは本実施形態において、絶縁部材３１の側面の法線の方向であり、負電圧電極２５の側面の法線の方向である。法線方向Ｎの補助電極３０の長さは、特に限定されないが、一例として２．５ｃｍである。法線方向Ｎの補助電極３０の長さは被加工材料８のＺ方向の長さに応じて、長くなるのが望ましい。本実施形態において、Ｚ方向は被加工材料８の突出方向であり、図１における上方向に一致する。また、図３に示すように、補助電極３０はマイクロ波供給口２２に対して、被加工材料８を挟む位置に設けられる。   The auxiliary electrode 30 will be described in detail with reference to FIG. The auxiliary electrode 30 is formed from a metal material. An insulating member 31 is fixed to the side surface of the negative voltage electrode 25. The auxiliary electrode 30 is fixed to the side surface of the insulating member 31. Therefore, the auxiliary electrode 30 is disposed around the outside of the workpiece 8 disposed so as to protrude from the microwave supply port 22. The auxiliary electrode 30 is a disk extending in the normal direction N from the side surface of the insulating member 31. In the present embodiment, the normal direction N is the direction of the normal line on the side surface of the insulating member 31 and the direction of the normal line on the side surface of the negative voltage electrode 25. The length of the auxiliary electrode 30 in the normal direction N is not particularly limited, but is 2.5 cm as an example. The length of the auxiliary electrode 30 in the normal direction N is preferably increased according to the length of the workpiece 8 in the Z direction. In the present embodiment, the Z direction is the protruding direction of the workpiece 8 and coincides with the upward direction in FIG. As shown in FIG. 3, the auxiliary electrode 30 is provided at a position sandwiching the workpiece 8 with respect to the microwave supply port 22.

補助電極３０に、正電圧電源４０からの正電圧が印加される。この正電圧の印加形状は、特に限定されないが、以下では、連続する正の電圧として説明する。すなわち、正電圧電源４０からの補助電極３０に印加される正電圧は、パルス状であってもよい。印加される正電圧がパルス状である場合、図１において、正電圧電源４０と補助電極３０との間に、正電圧パルス発生部を設ければよい。制御部６は、正電圧パルス発生部に制御信号を出力することによって、パルス状の正のバイアス電圧パルスの印加タイミング、供給電圧を制御すればよい。   A positive voltage from the positive voltage power supply 40 is applied to the auxiliary electrode 30. The application form of the positive voltage is not particularly limited, but will be described below as a continuous positive voltage. That is, the positive voltage applied to the auxiliary electrode 30 from the positive voltage power supply 40 may be pulsed. When the applied positive voltage has a pulse shape, a positive voltage pulse generator may be provided between the positive voltage power supply 40 and the auxiliary electrode 30 in FIG. The controller 6 may control the application timing and supply voltage of the pulsed positive bias voltage pulse by outputting a control signal to the positive voltage pulse generator.

図３に示すように、被加工材料８に負のバイアス電圧が印加されている状態において、補助電極３０に正電圧が印加されることにより、被加工材料８の上端８Ｕの周辺において、電気力線が密になる。図３、および後述する図５〜図９に示す破線が電気力線を示す。言い換えれば、被加工材料８の上端８Ｕの周辺において、電界強度が強くなる。この結果、被加工材料８に負のバイアス電圧、および補助電極３０に正電圧が印加されている状態において、マイクロ波が供給されると、生成されるシース層の法線方向Ｎの厚みは、被加工材料８の上端８Ｕにおいて厚くなる。具体的には、被加工材料８に負のバイアス電圧が印加され、マイクロ波が供給され、かつ補助電極３０に正の電圧が印加されている状態の被加工材料８の上端８Ｕの周囲におけるシース層の法線方向Ｎの厚みは、補助電極３０が成膜装置１に設けられず、被加工材料８に負のバイアス電圧が印加され、マイクロ波が供給された状態の被加工材料８の上端８Ｕの周囲におけるシース層の法線方向Ｎの厚みよりも厚い。尚、本実施形態において、シース層の厚さ方向は、法線方向Ｎである。すなわち、補助電極３０は、シース層の厚さ方向に延びる。また、図３に示すように、被加工材料８の上端８Ｕは、Ｚ方向においてマイクロ波供給口２２と反対側に位置する。   As shown in FIG. 3, in the state where a negative bias voltage is applied to the work material 8, an electric force is applied around the upper end 8 </ b> U of the work material 8 by applying a positive voltage to the auxiliary electrode 30. The line becomes dense. The broken line shown in FIG. 3 and FIGS. 5-9 mentioned later shows an electric force line. In other words, the electric field strength is increased around the upper end 8U of the workpiece 8. As a result, when a microwave is supplied in a state where a negative bias voltage is applied to the workpiece material 8 and a positive voltage is applied to the auxiliary electrode 30, the thickness in the normal direction N of the generated sheath layer is: It becomes thicker at the upper end 8U of the work material 8. Specifically, a sheath around the upper end 8U of the workpiece 8 in a state where a negative bias voltage is applied to the workpiece 8 and a microwave is supplied and a positive voltage is applied to the auxiliary electrode 30. The thickness of the layer in the normal direction N is such that the auxiliary electrode 30 is not provided in the film forming apparatus 1, the negative bias voltage is applied to the work material 8, and the upper end of the work material 8 is supplied with microwaves. It is thicker than the thickness in the normal direction N of the sheath layer around 8U. In the present embodiment, the thickness direction of the sheath layer is the normal direction N. That is, the auxiliary electrode 30 extends in the thickness direction of the sheath layer. Moreover, as shown in FIG. 3, the upper end 8U of the workpiece 8 is located on the opposite side to the microwave supply port 22 in the Z direction.

被加工材料８の処理表面１０に沿って形成されたシース層とプラズマとの界面を、表面波として伝搬するマイクロ波において、シース層の厚さが変化すると表面波に対するインピーダンスが変化するので、表面波の一部は反射される。また、シース層が薄い程、被加工材料８の処理表面１０で発生する抵抗損失が増大する。すなわち、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて、シース層が薄くなると表面波の振幅は小さくなる。よって、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて、表面波に基づく高密度励起プラズマのプラズマ密度が低下する。この結果、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜厚は薄くなる。また、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて、高密度励起プラズマのプラズマ密度が低下するので、被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜の膜質も低下する可能性がある。すなわち、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて、被加工材料８の処理表面１０への処理能力が低下する。一方、第１実施形態においては、補助電極３０に正の電圧が印加されることにより、被加工材料８の上端８Ｕの周辺において、電界強度が強くなる。電界強度が大きくなると、電子が被加工材料８と反対方向（プラズマ領域の方向）により強く押しやられ、電子密度がさらに低下する。この結果、シース層が拡大され、表面波の反射、または被加工材料８の表面での損失が減少する。従って、このより拡大されたシース層とプラズマとの界面を伝搬する表面波に基づく、高密度励起プラズマのプラズマ密度の低下が低減される。この結果、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜厚が薄くなることを低減できる。また、被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜の膜質が低下する可能性も低減できる。すなわち、マイクロ波供給口２２から遠ざかるにつれて、被加工材料８の処理表面１０への処理能力の低下を低減できる。   In the microwave propagating as a surface wave at the interface between the sheath layer and the plasma formed along the processing surface 10 of the workpiece 8, the impedance to the surface wave changes as the thickness of the sheath layer changes. Part of the wave is reflected. In addition, the thinner the sheath layer, the greater the resistance loss that occurs on the processing surface 10 of the workpiece 8. That is, as the sheath layer becomes thinner as the distance from the microwave supply port 22 increases, the amplitude of the surface wave decreases. Therefore, the plasma density of the high-density excitation plasma based on the surface wave decreases as the distance from the microwave supply port 22 increases. As a result, the film thickness formed on the processing surface 10 of the workpiece 8 becomes thinner as the distance from the microwave supply port 22 increases. Moreover, since the plasma density of the high-density excitation plasma decreases as the distance from the microwave supply port 22 increases, the film quality of the film formed on the processing surface 10 of the workpiece material 8 may also decrease. That is, as the distance from the microwave supply port 22 increases, the processing capacity of the workpiece 8 on the processing surface 10 decreases. On the other hand, in the first embodiment, by applying a positive voltage to the auxiliary electrode 30, the electric field strength is increased around the upper end 8 </ b> U of the work material 8. When the electric field strength increases, the electrons are strongly pushed in the direction opposite to the workpiece material 8 (the direction of the plasma region), and the electron density further decreases. As a result, the sheath layer is enlarged, and the reflection of surface waves or the loss on the surface of the workpiece 8 is reduced. Therefore, a decrease in the plasma density of the high-density excitation plasma based on the surface wave propagating through the more enlarged sheath layer / plasma interface is reduced. As a result, it is possible to reduce the decrease in the film thickness formed on the processing surface 10 of the workpiece 8 as the distance from the microwave supply port 22 increases. Further, the possibility that the film quality of the film formed on the processing surface 10 of the work material 8 is lowered can be reduced. That is, as the distance from the microwave supply port 22 increases, it is possible to reduce a decrease in processing capability of the workpiece 8 on the processing surface 10.

第１実施形態においては、補助電極３０に正の電圧が印加されたが、補助電極３０が、例えば、処理容器２に電気的に接続されてもよい。言い換えれば、補助電極３０は、ＧＮＤに接続されてもよい。補助電極３０が設けられない成膜装置において、負のバイアス電圧が印加された被加工材料８に向かう電気力線は、主に、ＧＮＤ接続された処理容器２から延びる。よって、被加工材料８の上端８Ｕの周囲の電気力線は疎になる。一方、補助電極３０に正の電圧が印加されず、ＧＮＤ接続されていれば、電気力線は、主に、補助電極３０から負のバイアス電圧が印加された被加工材料８に向かう。よって、被加工材料８の上端８Ｕの周囲の電気力線は密になる。すなわち、補助電極３０がＧＮＤ接続されていても、被加工材料８の上端８Ｕの周囲の電界強度は強くなる。   In the first embodiment, a positive voltage is applied to the auxiliary electrode 30, but the auxiliary electrode 30 may be electrically connected to the processing container 2, for example. In other words, the auxiliary electrode 30 may be connected to GND. In the film forming apparatus in which the auxiliary electrode 30 is not provided, the electric lines of force directed to the workpiece 8 to which a negative bias voltage is applied mainly extend from the processing container 2 connected to the GND. Therefore, the electric lines of force around the upper end 8U of the work material 8 are sparse. On the other hand, if a positive voltage is not applied to the auxiliary electrode 30 and the GND connection is established, the lines of electric force mainly go from the auxiliary electrode 30 to the workpiece 8 to which a negative bias voltage is applied. Therefore, the electric lines of force around the upper end 8U of the work material 8 are dense. That is, even if the auxiliary electrode 30 is GND-connected, the electric field strength around the upper end 8U of the workpiece 8 is increased.

成膜装置１に補助電極３０を設けない場合、補助電極３０に正の電圧を印加した場合、および補助電極３０をＧＮＤ接続した場合について、Ｚ方向の膜厚分布の実験データを図４に示す。図４に示すグラフにおいて、横軸は、被加工材料８の下端８Ｂの位置を原点とした被加工材料８のＺ方向の位置を示す。すなわち、値が大きくなるほど、マイクロ波供給口２２から遠い位置を示す。縦軸は、被加工材料８の下端８ＢからＺ方向に２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対する膜厚を示す。すなわち、値が大きくなるほど、膜厚分布が大きいことを示す。   FIG. 4 shows experimental data of the film thickness distribution in the Z direction when the auxiliary electrode 30 is not provided in the film forming apparatus 1, when a positive voltage is applied to the auxiliary electrode 30, and when the auxiliary electrode 30 is connected to GND. . In the graph shown in FIG. 4, the horizontal axis indicates the position in the Z direction of the work material 8 with the position of the lower end 8B of the work material 8 as the origin. That is, the larger the value, the farther from the microwave supply port 22. A vertical axis | shaft shows the film thickness with respect to the film thickness of the position 20 mm away from the lower end 8B of the to-be-processed material 8 in the Z direction. That is, the larger the value, the larger the film thickness distribution.

実験の際の、条件を下記に記す。被加工材料８は、直径１０ｍｍ、および長さが１００ｍｍのＳＵＳ３０４である。補助電極３０は、直径５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状のＳＵＳ３０４である。処理容器２に、Ａｒが２００ｓｃｃｍ、ＣＨ４が４０ｓｃｃｍ、ＴＭＳが２０ｓｃｃｍで供給され、圧力が７５Ｐａとなるよう制御された。マイクロ波パルスは、電力が０．５ｋＷ、周波数が５００Ｈｚ、デューティ比が６０％となるように制御され、負のバイアス電圧パルスは、周波数が５００Ｈｚ、電圧の値が−４００Ｖとなるように制御された。また、膜厚が測定された位置は、被加工材料８の下端８ＢからＺ方向に２０ｍｍ離れた位置、５５ｍｍ離れた位置、および９０ｍｍ離れた位置である。図４に示すグラフでは、測定データを近似曲線で結んでいる。   The conditions for the experiment are described below. The workpiece 8 is SUS304 having a diameter of 10 mm and a length of 100 mm. The auxiliary electrode 30 is a disc-shaped SUS304 having a diameter of 50 mm and a thickness of 5 mm. The processing vessel 2 was supplied with Ar at 200 sccm, CH4 at 40 sccm, and TMS at 20 sccm, and the pressure was controlled to 75 Pa. The microwave pulse is controlled so that the power is 0.5 kW, the frequency is 500 Hz, and the duty ratio is 60%, and the negative bias voltage pulse is controlled so that the frequency is 500 Hz and the voltage value is −400V. It was. The positions at which the film thickness is measured are positions 20 mm away from the lower end 8B of the workpiece 8 in the Z direction, positions 55 mm away, and positions 90 mm away. In the graph shown in FIG. 4, the measurement data is connected by an approximate curve.

実線Ａで示されるデータは、補助電極３０が成膜装置１に設けない場合の実験データを示す。二点鎖線Ｂで示されるデータは、補助電極３０に＋２００Ｖの電圧が印加された場合の実験データである。一点鎖線Ｃで示されるデータは、補助電極３０がＧＮＤ接続された場合の実験データである。   Data indicated by a solid line A indicates experimental data when the auxiliary electrode 30 is not provided in the film forming apparatus 1. Data indicated by a two-dot chain line B is experimental data when a voltage of +200 V is applied to the auxiliary electrode 30. Data indicated by a one-dot chain line C is experimental data when the auxiliary electrode 30 is GND-connected.

実線Ａのデータが示すように、補助電極３０が成膜装置１に設けない場合、下端８Ｂから２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対して、下端８ＢからＺ方向に５５ｍｍ離れた位置の膜厚は１９％減少する。また、下端８Ｂから２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対して、下端８ＢからＺ方向に９０ｍｍ離れた位置の膜厚は４５％減少する。   As indicated by the data of the solid line A, when the auxiliary electrode 30 is not provided in the film forming apparatus 1, the film thickness at a position 55 mm away from the lower end 8B in the Z direction is the film thickness at a position 20 mm away from the lower end 8B. 19% decrease. Further, the film thickness at a position 90 mm away from the lower end 8B in the Z direction is reduced by 45% with respect to the film thickness at a position 20 mm away from the lower end 8B.

二点鎖線Ｂのデータが示すように、補助電極３０に＋２００Ｖの電圧が印加された場合、下端８Ｂから２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対して、下端８ＢからＺ方向に５５ｍｍ離れた位置の膜厚は４％減少する。また、下端８Ｂから２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対して、下端８ＢからＺ方向に９０ｍｍ離れた位置の膜厚は１０％減少する。   As shown by the data of the two-dot chain line B, when a voltage of +200 V is applied to the auxiliary electrode 30, the film at a position 55 mm away from the lower end 8B in the Z direction with respect to the film thickness at a position 20 mm away from the lower end 8B. The thickness is reduced by 4%. The film thickness at a position 90 mm away from the lower end 8B in the Z direction is reduced by 10% with respect to the film thickness at a position 20 mm away from the lower end 8B.

一点鎖線Ｃのデータが示すように、補助電極３０がＧＮＤ接続された場合、下端８Ｂから２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対して、下端８ＢからＺ方向に５５ｍｍ離れた位置の膜厚は６％減少する。また、下端８Ｂから２０ｍｍ離れた位置の膜厚に対して、下端８ＢからＺ方向に９０ｍｍ離れた位置の膜厚は１８％減少する。   As indicated by the alternate long and short dash line C, when the auxiliary electrode 30 is connected to GND, the film thickness at a position 55 mm away from the lower end 8B in the Z direction is 6% of the film thickness at a position 20 mm away from the lower end 8B. Decrease. Further, the film thickness at a position 90 mm away from the lower end 8B in the Z direction is reduced by 18% with respect to the film thickness at a position 20 mm away from the lower end 8B.

これら実線Ａのデータ、二点鎖線Ｂのデータ、および一点鎖線Ｃのデータが示すように、補助電極３０が成膜装置１に設けられない場合に比べて、補助電極３０に＋２００Ｖの電圧が印加された場合、および補助電極３０がＧＮＤ接続された場合は、下端８Ｂ側の膜厚よりもＺ方向に離れた、すなわちマイクロ波供給口２２と反対側の膜厚の減少を低減できる。言い換えれば、被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜の膜厚のＺ方向の膜厚分布が低減される。また、補助電極３０がＧＮＤ接続された場合に比べて、補助電極３０に＋２００Ｖの電圧が印加された場合は、下端８Ｂ側の膜厚よりもＺ方向に離れた、すなわちマイクロ波供給口２２と反対側の膜厚の減少をより低減できる。言い換えれば、被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜の膜厚のＺ方向の膜厚分布がより低減される。   As indicated by the data of the solid line A, the data of the two-dot chain line B, and the data of the one-dot chain line C, a voltage of +200 V is applied to the auxiliary electrode 30 as compared with the case where the auxiliary electrode 30 is not provided in the film forming apparatus 1. In this case, and when the auxiliary electrode 30 is GND-connected, it is possible to reduce a decrease in film thickness that is further away from the film thickness on the lower end 8B side in the Z direction, that is, on the side opposite to the microwave supply port 22. In other words, the film thickness distribution in the Z direction of the film thickness formed on the processing surface 10 of the workpiece 8 is reduced. Further, when a voltage of +200 V is applied to the auxiliary electrode 30 as compared with the case where the auxiliary electrode 30 is connected to the GND, the film is separated in the Z direction from the film thickness on the lower end 8B side. The decrease in the film thickness on the opposite side can be further reduced. In other words, the film thickness distribution in the Z direction of the film thickness formed on the processing surface 10 of the workpiece 8 is further reduced.

すなわち、実線Ａのデータ、二点鎖線Ｂのデータ、および一点鎖線Ｃのデータが示すように、被加工材料８の上端８Ｕの周囲の電界強度は、正の電圧が印加される、またはＧＮＤ接続される補助電極３０を設けることにより、下端８ＢからＺ方向に２０ｍｍ離れた位置、およびＺ方向に５５ｍｍ離れた位置に対して、上端８Ｕの周囲の電界強度が強くなる。この結果、マイクロ波供給口２２側に形成されるシース層の厚み、および被加工材料８のＺ方向の中央部に形成されるシース層の厚みに対する上端８Ｕの周囲に形成されるシース層の厚みの減少が、正の電圧が印加される、またはＧＮＤ接続される補助電極３０を設けることにより、低減したといえる。   That is, as indicated by the data of the solid line A, the data of the two-dot chain line B, and the data of the one-dot chain line C, the electric field strength around the upper end 8U of the work material 8 is applied with a positive voltage or GND connection By providing the auxiliary electrode 30, the electric field intensity around the upper end 8U becomes stronger with respect to the position 20 mm away from the lower end 8B in the Z direction and 55 mm away from the Z direction. As a result, the thickness of the sheath layer formed around the upper end 8U with respect to the thickness of the sheath layer formed on the microwave supply port 22 side and the thickness of the sheath layer formed in the central portion of the workpiece material 8 in the Z direction. Can be said to have been reduced by providing the auxiliary electrode 30 to which a positive voltage is applied or is connected to GND.

＜変形例１＞
補助電極３０は、絶縁部材３１の側面から、法線方向Ｎに延びたが、これに限られない。例えば、図５に示す補助電極３０Ａは、補助電極３０Ａは、法線方向Ｎに向かうほど、マイクロ波供給口２２に向かって湾曲する。この場合、湾曲した補助電極３０の端部が被加工材料８に近づくため、補助電極３０と被加工材料８とで囲まれた領域の電界強度がより大きくなる。これにより、マイクロ波供給口２２から最も遠い位置に配置される上端８Ｕの周囲の電界強度がより強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減する。また、図５に示すように、被加工材料８の上端Ｕの周辺だけでなく、被加工材料８の中央の周辺においても電気力線が密になる。この結果、マイクロ波供給口２２側の電界強度に対して、被加工材料８のＺ方向の中央部の周囲の電界強度の減少が低減される。よって、マイクロ波供給口２２側に形成されるシース層の厚みに対する被加工材料８のＺ方向の中央部に形成されるシース層の厚みの減少が低減される。従って、法線方向Ｎに向かうほど、マイクロ波供給口２２に向かって湾曲し、かつ正の電圧が印加される、またはＧＮＤ接続される補助電極３０を設けることにより、被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜の膜厚のＺ方向の膜厚分布がより低減される。 <Modification 1>
Although the auxiliary electrode 30 extended in the normal direction N from the side surface of the insulating member 31, it is not restricted to this. For example, the auxiliary electrode 30 </ b> A illustrated in FIG. 5 is curved toward the microwave supply port 22 as it goes in the normal direction N. In this case, since the end of the curved auxiliary electrode 30 approaches the workpiece material 8, the electric field strength in the region surrounded by the auxiliary electrode 30 and the workpiece material 8 is further increased. Thereby, the electric field intensity around the upper end 8U arranged at the position farthest from the microwave supply port 22 becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thicker. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is further reduced. Further, as shown in FIG. 5, the lines of electric force become dense not only around the upper end U of the workpiece material 8 but also around the center of the workpiece material 8. As a result, the decrease in the electric field strength around the central portion in the Z direction of the workpiece 8 is reduced with respect to the electric field strength on the microwave supply port 22 side. Therefore, a decrease in the thickness of the sheath layer formed in the center portion in the Z direction of the workpiece 8 relative to the thickness of the sheath layer formed on the microwave supply port 22 side is reduced. Therefore, the processing surface of the work material 8 is provided by providing the auxiliary electrode 30 that is curved toward the microwave supply port 22 and is applied with a positive voltage or is GND-connected in the normal direction N. 10, the film thickness distribution in the Z direction of the film formed on the film 10 is further reduced.

＜変形例２＞
補助電極３０は、法線方向Ｎにおいて、負電圧電極２５に近い位置と、遠い位置とで同じ値の正電圧が印加されたが、これに限られない。図６に示す補助電極３０Ｂは、第１補助電極３０Ｂ１と、第２補助電極３０Ｂ２と、第３補助電極３０Ｂ３とを備える。第１補助電極３０Ｂ１と第２補助電極３０Ｂ２との間には、絶縁部材３１Ｂ１が備えられる。第２補助電極３０Ｂ２と第３補助電極３０Ｂ３との間には、絶縁部材３１Ｂ２が備えられる。第１補助電極３０Ｂ１、第２補助電極３０Ｂ２、第３補助電極３０Ｂ３は、それぞれ外径が異なる円盤であり、中空形状を有する。第１補助電極３０Ｂ１の内周面は、絶縁部材３１に固定され、外周面は、絶縁部材３１Ｂ１に固定される。第２補助電極３０Ｂ２の内周面は、絶縁部材３１Ｂ１に固定され、外周面は、絶縁部材３１Ｂ２に固定される。第３補助電極３０Ｂ３の内周面は、絶縁部材３１Ｂ２に固定される。 <Modification 2>
In the normal direction N, the same voltage positive voltage is applied to the auxiliary electrode 30 at a position close to the negative voltage electrode 25 and a position far from the negative voltage electrode 25, but the auxiliary electrode 30 is not limited thereto. The auxiliary electrode 30B shown in FIG. 6 includes a first auxiliary electrode 30B1, a second auxiliary electrode 30B2, and a third auxiliary electrode 30B3. An insulating member 31B1 is provided between the first auxiliary electrode 30B1 and the second auxiliary electrode 30B2. An insulating member 31B2 is provided between the second auxiliary electrode 30B2 and the third auxiliary electrode 30B3. The first auxiliary electrode 30B1, the second auxiliary electrode 30B2, and the third auxiliary electrode 30B3 are disks having different outer diameters, and have a hollow shape. The inner peripheral surface of the first auxiliary electrode 30B1 is fixed to the insulating member 31, and the outer peripheral surface is fixed to the insulating member 31B1. The inner peripheral surface of the second auxiliary electrode 30B2 is fixed to the insulating member 31B1, and the outer peripheral surface is fixed to the insulating member 31B2. The inner peripheral surface of the third auxiliary electrode 30B3 is fixed to the insulating member 31B2.

第３補助電極３０Ｂ３に印加される正の電圧Ｖ３は、第１補助電極３０Ｂ１に印加される正の電圧Ｖ１よりも大きいのが望ましい。第２補助電極３０Ｂ２に印加される正の電圧Ｖ２は、正の電圧Ｖ１と正の電圧Ｖ３との間の値として、説明するが、正電圧Ｖ１と同じでもよいし、正電圧Ｖ３と同じでも良い。また、正電圧Ｖ２は、Ｖ１よりも小さい値でもよいし、Ｖ３より大きい値であってもよいし、ゼロでもよい。   The positive voltage V3 applied to the third auxiliary electrode 30B3 is desirably larger than the positive voltage V1 applied to the first auxiliary electrode 30B1. The positive voltage V2 applied to the second auxiliary electrode 30B2 will be described as a value between the positive voltage V1 and the positive voltage V3, but may be the same as the positive voltage V1 or the same as the positive voltage V3. good. Further, the positive voltage V2 may be a value smaller than V1, a value larger than V3, or zero.

図６に示すように、第３補助電極３０Ｂ３に印加される正の電圧Ｖ３が、第１補助電極３０Ｂ１に印加される正の電圧Ｖ１よりも大きい場合、マイクロ波供給口２２から最も遠い位置に配置される上端８Ｕの周囲の電界強度がより強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減する。また、被加工材料８の上端Ｕの周辺だけでなく、被加工材料８の中央の周辺においても電気力線が密になる。この結果、マイクロ波供給口２２側の電界強度に対して、被加工材料８のＺ方向の中央部の周囲の電界強度の減少が低減される。よって、マイクロ波供給口２２側に形成されるシース層の厚みに対する被加工材料８のＺ方向の中央部に形成されるシース層の厚みの減少が低減される。従って、第３補助電極３０Ｂ３に印加される正の電圧Ｖ３が、第１補助電極３０Ｂ１に印加される正の電圧Ｖ１よりも大きい補助電極３０を設けることにより、被加工材料８の処理表面１０に成膜される膜の膜厚のＺ方向の膜厚分布がより低減される。   As shown in FIG. 6, when the positive voltage V3 applied to the third auxiliary electrode 30B3 is larger than the positive voltage V1 applied to the first auxiliary electrode 30B1, the position is farthest from the microwave supply port 22. The electric field intensity around the upper end 8U to be arranged becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thicker. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is further reduced. Further, the electric lines of force become dense not only around the upper end U of the work material 8 but also around the center of the work material 8. As a result, the decrease in the electric field strength around the central portion in the Z direction of the work material 8 is reduced with respect to the electric field strength on the microwave supply port 22 side. Therefore, a decrease in the thickness of the sheath layer formed in the center portion in the Z direction of the workpiece 8 relative to the thickness of the sheath layer formed on the microwave supply port 22 side is reduced. Therefore, by providing the auxiliary electrode 30 in which the positive voltage V3 applied to the third auxiliary electrode 30B3 is larger than the positive voltage V1 applied to the first auxiliary electrode 30B1, the processing surface 10 of the material 8 to be processed is provided. The film thickness distribution in the Z direction of the film thickness to be formed is further reduced.

＜第２実施形態＞
以下、本発明の成膜装置１の第２実施形態を、図面を参照しつつ詳細に説明する。第１実施形態において、補助電極３０は、シース層の厚さ方向、すなわち法線方向Ｎに延びたが、第２実施形態における補助電極３０Ｃは、マイクロ波供給口２２に対する被加工材料８の突出方向、すなわち、Ｚ方向に沿って配置される。以下、第１実施形態と同じ構成は、第１実施形態と同じ図番を付し、第１実施形態と異なる構成について説明する。 Second Embodiment
Hereinafter, a second embodiment of the film forming apparatus 1 of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the first embodiment, the auxiliary electrode 30 extends in the thickness direction of the sheath layer, that is, in the normal direction N. However, the auxiliary electrode 30C in the second embodiment projects the workpiece 8 from the microwave supply port 22. It is arranged along the direction, that is, the Z direction. Hereinafter, the same structure as 1st Embodiment attaches | subjects the same figure number as 1st Embodiment, and demonstrates a structure different from 1st Embodiment.

図７に示すように、補助電極３０Ｃは、被加工材料８の外側の周囲において、Ｚ方向に沿って配置される。補助電極３０Ｃは、中空の円筒形状を有する金属部材から形成される。補助電極３０Ｃは、図示しない固定部材で、マイクロ波供給口２２に対して位置が固定されている。この中空の円筒形状を有する補助電極３０Ｃの内部に、被加工材料８が挿入され、マイクロ波供給口２２に形成された溝に固定される。Ｚ方向における補助電極３０Ｃの上端３０ＣＵが、下端３０ＣＢよりも、被加工材料８との距離が短くなるよう、補助電極３０Ｃが配置されるのが望ましい。例えば、上端３０ＣＵと被加工材料８との距離は２０ｍｍ〜３０ｍｍであればよい。下端３０ＣＢと被加工材料８との距離は４０ｍｍ〜５０ｍｍであればよい。図７に示すように、正電圧が印加される、またはＧＮＤ接続され、Ｚ方向に沿って配置される補助電極３０Ｃが設けられた場合、マイクロ波供給口２２から最も遠い位置に配置される上端８Ｕの周囲の電気力線が密になる。よって、上端８Ｕの周囲の電界強度が強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰が低減する。また、上端３０ＣＵが、下端３０ＣＢよりも、被加工材料８との距離が短くなるよう、補助電極３０Ｃが配置された場合、上端８Ｕの周囲の電気力線が密になる。よって、上端８Ｕの周囲の電界強度がより強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減する。   As shown in FIG. 7, the auxiliary electrode 30 </ b> C is disposed along the Z direction around the outside of the workpiece 8. The auxiliary electrode 30C is formed from a metal member having a hollow cylindrical shape. The auxiliary electrode 30 </ b> C is a fixing member (not shown), and the position is fixed with respect to the microwave supply port 22. The material 8 to be processed is inserted into the hollow cylindrical auxiliary electrode 30 </ b> C and fixed to the groove formed in the microwave supply port 22. It is desirable that the auxiliary electrode 30C be arranged so that the upper end 30CU of the auxiliary electrode 30C in the Z direction has a shorter distance from the workpiece 8 than the lower end 30CB. For example, the distance between the upper end 30CU and the work material 8 may be 20 mm to 30 mm. The distance between the lower end 30CB and the workpiece 8 may be 40 mm to 50 mm. As shown in FIG. 7, when an auxiliary electrode 30 </ b> C to which a positive voltage is applied or is GND-connected and arranged along the Z direction is provided, the upper end arranged at the position farthest from the microwave supply port 22. Electric field lines around 8U become dense. Therefore, the electric field intensity around the upper end 8U is increased. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thick. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is reduced. When the auxiliary electrode 30C is arranged so that the distance between the upper end 30CU and the workpiece 8 is shorter than the lower end 30CB, the lines of electric force around the upper end 8U become dense. Therefore, the electric field intensity around the upper end 8U becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thicker. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is further reduced.

＜変形例３＞
図７に示す補助電極３０Ｃは、中空の円筒形状を有する１の金属部材で形成されたが、これに限られない。図８に示すように、補助電極３０Ｄは、第１補助電極３０Ｄ１、第２補助電極３０Ｄ２、および第３補助電極３０Ｄ３を備える。第１補助電極３０Ｄ１、第２補助電極３０Ｄ２、および第３補助電極３０Ｄ３は、いずれも中空の円筒形状を有する金属部材から形成される。第１補助電極３０Ｄ１、第２補助電極３０Ｄ２、および第３補助電極３０Ｄ３は、いずれも図示しない固定部材で、マイクロ波供給口２２に対して位置が固定されている。これら中空の円筒形状を有する第１補助電極３０Ｄ１、第２補助電極３０Ｄ２、および第３補助電極３０Ｄ３の内部に、被加工材料８が挿入され、マイクロ波供給口２２に形成された溝に固定される。 <Modification 3>
The auxiliary electrode 30C shown in FIG. 7 is formed of one metal member having a hollow cylindrical shape, but is not limited thereto. As shown in FIG. 8, the auxiliary electrode 30D includes a first auxiliary electrode 30D1, a second auxiliary electrode 30D2, and a third auxiliary electrode 30D3. The first auxiliary electrode 30D1, the second auxiliary electrode 30D2, and the third auxiliary electrode 30D3 are all formed from a metal member having a hollow cylindrical shape. The first auxiliary electrode 30 </ b> D <b> 1, the second auxiliary electrode 30 </ b> D <b> 2, and the third auxiliary electrode 30 </ b> D <b> 3 are all fixing members (not shown), and their positions are fixed with respect to the microwave supply port 22. The workpiece 8 is inserted into the first auxiliary electrode 30D1, the second auxiliary electrode 30D2, and the third auxiliary electrode 30D3 each having a hollow cylindrical shape, and is fixed to a groove formed in the microwave supply port 22. The

第１補助電極３０Ｄ１、第２補助電極３０Ｄ２、および第３補助電極３０Ｄ３は、被加工材料８の外側の周囲において、Ｚ方向に沿って配置され、同じ値の正電圧が印加される。第１補助電極３０Ｄ１と被加工材料８との距離は、第２補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離よりも長く、第２補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離は、第３補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離よりも長い。例えば、第１補助電極３０Ｄ１と被加工材料８との距離は４５ｍｍ〜５０ｍｍであればよい。第２補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離は３２ｍｍ〜３７ｍｍであればよい。第３補助電極３０Ｄ３と被加工材料８との距離は２０ｍｍ〜２５ｍｍであればよい。   The first auxiliary electrode 30D1, the second auxiliary electrode 30D2, and the third auxiliary electrode 30D3 are arranged along the Z direction around the outside of the material 8 to be processed, and a positive voltage having the same value is applied thereto. The distance between the first auxiliary electrode 30D1 and the work material 8 is longer than the distance between the second auxiliary electrode 30D2 and the work material 8, and the distance between the second auxiliary electrode 30D2 and the work material 8 is the third auxiliary. It is longer than the distance between the electrode 30D2 and the material 8 to be processed. For example, the distance between the first auxiliary electrode 30D1 and the workpiece 8 may be 45 mm to 50 mm. The distance between the second auxiliary electrode 30D2 and the workpiece 8 may be 32 mm to 37 mm. The distance between the third auxiliary electrode 30D3 and the workpiece 8 may be 20 mm to 25 mm.

図８に示すように、正電圧が印加される、またはＧＮＤ接続され、Ｚ方向に沿って配置される補助電極３０Ｄが設けられた場合、マイクロ波供給口２２から最も遠い位置に配置される上端８Ｕの周囲の電気力線が密になる。よって、上端８Ｕの周囲の電界強度が強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰が低減する。また、第１補助電極３０Ｄ１と被加工材料８との距離は、第２補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離よりも長く、第２補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離は、第３補助電極３０Ｄ２と被加工材料８との距離よりも長いので、上端８Ｕの周囲の電気力線がより密になる。よって、上端８Ｕの周囲の電界強度がより強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減する。   As shown in FIG. 8, when an auxiliary electrode 30 </ b> D to which a positive voltage is applied or is GND-connected and disposed along the Z direction is provided, the upper end disposed at the farthest position from the microwave supply port 22. Electric field lines around 8U become dense. Therefore, the electric field intensity around the upper end 8U is increased. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thick. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is reduced. The distance between the first auxiliary electrode 30D1 and the work material 8 is longer than the distance between the second auxiliary electrode 30D2 and the work material 8, and the distance between the second auxiliary electrode 30D2 and the work material 8 is the first distance. 3 Since the distance between the auxiliary electrode 30D2 and the workpiece 8 is longer, the electric lines of force around the upper end 8U become denser. Therefore, the electric field intensity around the upper end 8U becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thicker. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is further reduced.

＜変形例４＞
図８に示す補助電極３０Ｄは、被加工材料８との距離が異なる第１補助電極３０Ｄ１、第２補助電極３０Ｄ２、および第３補助電極３０Ｄ３を備えたが、これに限られない。図９に示すように、補助電極３０Ｅは、第１補助電極３０Ｅ１、第２補助電極３０Ｅ２、および第３補助電極３０Ｅ３を備える。第１補助電極３０Ｅ１、第２補助電極３０Ｅ２、および第３補助電極３０Ｅ３は、いずれも中空の円筒形状を有する金属部材から形成される。第１補助電極３０Ｅ１、第２補助電極３０Ｅ２、および第３補助電極３０Ｅ３は、いずれも図示しない固定部材で、マイクロ波供給口２２に対して位置が固定されている。これら中空の円筒形状を有する第１補助電極３０Ｅ１、第２補助電極３０Ｅ２、および第３補助電極３０Ｅ３の内部に、被加工材料８が挿入され、マイクロ波供給口２２に形成された溝に固定される。 <Modification 4>
Although the auxiliary electrode 30D shown in FIG. 8 includes the first auxiliary electrode 30D1, the second auxiliary electrode 30D2, and the third auxiliary electrode 30D3 that are different in distance from the workpiece 8, the present invention is not limited thereto. As shown in FIG. 9, the auxiliary electrode 30E includes a first auxiliary electrode 30E1, a second auxiliary electrode 30E2, and a third auxiliary electrode 30E3. The first auxiliary electrode 30E1, the second auxiliary electrode 30E2, and the third auxiliary electrode 30E3 are all formed from a metal member having a hollow cylindrical shape. The first auxiliary electrode 30E1, the second auxiliary electrode 30E2, and the third auxiliary electrode 30E3 are all fixing members (not shown), and their positions are fixed with respect to the microwave supply port 22. The workpiece 8 is inserted into the first auxiliary electrode 30E1, the second auxiliary electrode 30E2, and the third auxiliary electrode 30E3 each having a hollow cylindrical shape, and is fixed to a groove formed in the microwave supply port 22. The

第１補助電極３０Ｅ１、第２補助電極３０Ｅ２、および第３補助電極３０Ｅ３は、被加工材料８の外側の周囲において、Ｚ方向に沿って配置される。第１補助電極３０Ｅ１に印加される正の電圧Ｖ１よりも第２補助電極３０Ｅ２に印加される正の電圧Ｖ２が大きく、この正の電圧Ｖ２よりも第３補助電極３０Ｅ３に印加される正の電圧Ｖ３が大きい。例えば、正の第１電圧Ｖ１は、１Ｖ〜１０Ｖであればよい。正の第２電圧Ｖ２は、１００Ｖ〜１１０Ｖであればよい。正の第３電圧Ｖ３は、１９０Ｖ〜２００Ｖであればよい。   The first auxiliary electrode 30E1, the second auxiliary electrode 30E2, and the third auxiliary electrode 30E3 are disposed along the Z direction around the outside of the workpiece 8. The positive voltage V2 applied to the second auxiliary electrode 30E2 is higher than the positive voltage V1 applied to the first auxiliary electrode 30E1, and the positive voltage applied to the third auxiliary electrode 30E3 is higher than the positive voltage V2. V3 is large. For example, the positive first voltage V1 may be 1V to 10V. The positive second voltage V2 may be 100V to 110V. The positive third voltage V3 may be 190V to 200V.

図９に示すように、第１補助電極３０Ｅ１に印加される正の電圧Ｖ１よりも第２補助電極３０Ｅ２に印加される正の電圧Ｖ２が大きく、この正の電圧Ｖ２よりも第３補助電極３０Ｅ３に印加される正の電圧Ｖ３が大きいので、上端８Ｕの周囲の電気力線がより密になる。よって、上端８Ｕの周囲の電界強度がより強くなる。この結果、上端８Ｕの周囲に生成されるシース層は、より厚くなる。従って、上端８Ｕの周囲に生成されるプラズマの密度の減衰がより低減する。   As shown in FIG. 9, the positive voltage V2 applied to the second auxiliary electrode 30E2 is higher than the positive voltage V1 applied to the first auxiliary electrode 30E1, and the third auxiliary electrode 30E3 is higher than the positive voltage V2. Since the positive voltage V3 applied to is large, the electric lines of force around the upper end 8U become denser. Therefore, the electric field intensity around the upper end 8U becomes stronger. As a result, the sheath layer generated around the upper end 8U becomes thicker. Therefore, the attenuation of the density of the plasma generated around the upper end 8U is further reduced.

＜変形例５＞
第１実施形態、および第２実施形態において、負電圧電極２５は、被加工材料８の上端８Ｕに接続されていたが、これに限られない。例えば、負電圧電極２５は、被加工材料８のＺ方向における中央部に接続されてもよいし、被加工材料８の下端に接続されてもよい。第１実施形態において、補助電極３０は負電圧電極２５に対して固定されていたが、負電圧電極２５が、被加工材料８のＺ方向における中央部、または下端に接続される場合、補助電極３０は図示されない位置決め部材により、被加工材料８の上端側に固定されればよい。 <Modification 5>
In the first embodiment and the second embodiment, the negative voltage electrode 25 is connected to the upper end 8U of the material 8 to be processed, but is not limited thereto. For example, the negative voltage electrode 25 may be connected to the central portion of the workpiece material 8 in the Z direction, or may be connected to the lower end of the workpiece material 8. In the first embodiment, the auxiliary electrode 30 is fixed with respect to the negative voltage electrode 25. However, when the negative voltage electrode 25 is connected to the central portion or the lower end in the Z direction of the workpiece 8, the auxiliary electrode 30 should just be fixed to the upper end side of the workpiece 8 by the positioning member which is not shown in figure.

１ 成膜装置
２ 処理容器
６ 制御部
８ 被加工材料
８Ｕ 上端
８Ｂ 下端
１０ 処理表面
１１ マイクロ波パルス制御部
１２ マイクロ波発振器
１３ マイクロ波電源
１５ 負電圧電源
１６ 負電圧パルス発生部
１７ アイソレータ
１８ チューナー
２１ 同軸導波管
２２ マイクロ波供給口
２５ 負電圧電極
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ 補助電極
３１ 絶縁部材 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Film-forming apparatus 2 Processing container 6 Control part 8 Work material 8U Upper end 8B Lower end 10 Processing surface 11 Microwave pulse control part 12 Microwave oscillator 13 Microwave power supply 15 Negative voltage power supply 16 Negative voltage pulse generation part 17 Isolator 18 Tuner 21 Coaxial waveguide 22 Microwave supply port 25 Negative voltage electrode 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E Auxiliary electrode 31 Insulating member

Claims (9)

導電性を有する被加工材料の処理表面に沿ってプラズマを生成させるためのマイクロ波を供給するマイクロ波供給部と、
前記被加工材料の処理表面に沿うシース層を拡大させる負のバイアス電圧を前記被加工材料に印加する負電圧印加部と、
前記マイクロ波供給部から供給されるマイクロ波を拡大された前記シース層へ伝搬させるマイクロ波供給口と、
前記マイクロ波供給口に対して突出して配置された前記被加工材料に、前記負電圧印加部によって印加される負のバイアス電圧を印加させる負電圧印加端子部材と、
前記マイクロ波供給口側と反対側に形成されるシース層の厚みを拡大させるための電極であって、ＧＮＤに接続され、または正電圧印加部から供給される正の電圧が印加され、かつ前記突出して配置された前記被加工材料の外側の周囲に配置される補助電極と、
を備えることを特徴とする成膜装置。 A microwave supply section for supplying microwaves for generating plasma along the processing surface of the conductive material to be processed;
A negative voltage application unit that applies a negative bias voltage to the workpiece material to expand a sheath layer along the processing surface of the workpiece material;
A microwave supply port for propagating the microwave supplied from the microwave supply unit to the expanded sheath layer;
A negative voltage application terminal member that applies a negative bias voltage applied by the negative voltage application unit to the workpiece material that protrudes from the microwave supply port;
An electrode for enlarging the thickness of the sheath layer formed on the side opposite to the microwave supply port side, to which a positive voltage connected to GND or supplied from a positive voltage application unit is applied, and Auxiliary electrodes arranged around the outside of the workpiece material arranged to protrude,
A film forming apparatus comprising: 前記補助電極は、前記マイクロ波供給口に対して、前記被加工材料を挟む位置に設けられること
を特徴とする請求項１記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary electrode is provided at a position sandwiching the workpiece material with respect to the microwave supply port. 前記補助電極は、前記被加工材料の突出方向に対して垂直な方向に延びること
を特徴とする請求項２記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 2, wherein the auxiliary electrode extends in a direction perpendicular to a protruding direction of the material to be processed . 前記補助電極は、前記被加工材料との距離が長くなるほど、大きい正の電圧値が印加されること
を特徴とする請求項３記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 3, wherein a larger positive voltage value is applied to the auxiliary electrode as the distance from the workpiece material becomes longer . 前記補助電極は、前記被加工材料との距離が長くなるほど、前記マイクロ波供給口に向かって湾曲すること
を特徴とする請求項３、または４記載の成膜装置。 5. The film forming apparatus according to claim 3, wherein the auxiliary electrode is curved toward the microwave supply port as the distance from the workpiece material becomes longer . 前記補助電極は、前記マイクロ波供給口に対する前記被加工材料の突出方向に沿って配置されること
を特徴とする請求項１に記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 1, wherein the auxiliary electrode is disposed along a protruding direction of the material to be processed with respect to the microwave supply port. 前記補助電極は、前記マイクロ波供給口側よりも前記反対側の方が前記被加工材料との距離が短くなるように配置されること
を特徴とする請求項６記載の成膜装置。 The film forming apparatus according to claim 6, wherein the auxiliary electrode is disposed such that a distance from the workpiece material is shorter on the opposite side than on the microwave supply port side. 前記補助電極は、前記マイクロ波供給口側よりも前記反対側の方が、大きい値の正の電圧が印加されること
を特徴とする請求項６、または７記載の成膜装置。 8. The film forming apparatus according to claim 6, wherein a positive voltage having a larger value is applied to the auxiliary electrode on the opposite side than on the microwave supply port side. 前記補助電極に印加される正の電圧は、前記負電圧印加部により負のバイアス電圧が印加され、かつ前記マイクロ波供給部によるマイクロ波が供給される期間の少なくとも一部に印加されること
請求項１〜８のいずれか記載の成膜装置。 The positive voltage applied to the auxiliary electrode is applied during at least a part of a period in which a negative bias voltage is applied by the negative voltage application unit and a microwave is supplied by the microwave supply unit. Item 9. The film forming apparatus according to any one of Items 1 to 8.
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