JPH07211654A - Plasma generating system and operating method thereof - Google Patents
Plasma generating system and operating method thereofInfo
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- JPH07211654A JPH07211654A JP6013962A JP1396294A JPH07211654A JP H07211654 A JPH07211654 A JP H07211654A JP 6013962 A JP6013962 A JP 6013962A JP 1396294 A JP1396294 A JP 1396294A JP H07211654 A JPH07211654 A JP H07211654A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は10〜150Torrの
中程度の減圧化おいて成膜やエッチング、さらには各種
プラズマ処理を行うためのプラズマ発生装置、およびそ
の使用方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a plasma generator for performing film formation, etching, and various plasma treatments under a moderately reduced pressure of 10 to 150 Torr, and a method of using the plasma generator.
【0002】[0002]
【従来の技術】一般に1Torr以下の減圧化において
高周波エネルギーやマイクロ波エネルギー、さらには熱
エネルギーや光エネルギーによって気体を活性化(プラ
ズマ化)させ、成膜やエッチング等のプラズマ処理を行
う技術が知られている。しかしこれら1Torr以下の
減圧化における各種プラズマ処理は、 (1)大掛かりな真空排気システムが必要とされ、コス
トが大きい。 (2)大面積に対する処理を行おうとする場合、真空排
気システムを大型しなければならず、技術的、コスト的
な困難が生じる。 (3)装置の取扱いやメンテナンスに手間がかかる。 (4)高真空状態を扱うが故に調整が微妙であり、装置
毎の特性のバラツキが大きい。2. Description of the Related Art Generally, there is known a technique for activating (plasma) a gas by high-frequency energy, microwave energy, thermal energy or light energy when reducing the pressure to 1 Torr or less, and performing a plasma treatment such as film formation or etching. Has been. However, various plasma treatments at a reduced pressure of 1 Torr or less require (1) a large-scale vacuum exhaust system, which is costly. (2) When processing a large area, the vacuum evacuation system must be upsized, which causes technical and cost difficulties. (3) It takes time to handle and maintain the device. (4) Since the high vacuum state is handled, the adjustment is delicate and the characteristics of each device vary widely.
【0003】一方、大気圧での各種プラズマ処理を可能
とするため、大気圧でのグロー放電を安定に生じさせる
試みが行われている(S.Kanazawa et.al. J.Phys.D:App
l.Phys.21(1988)838-840)。大気圧で安定にグロー放電
させるためには、 (1)放電空間をHeで充満する事 (2)電極間に(放電経路に)絶縁体を挿入する事 (3)少なくとも一方の電極は針状もしくはブラシ状と
する事 (4)印加電界の周波数は3kHz以上とする事 が必要条件として知られている。絶縁体は放電がアーク
放電に移行しないようにするため、印加電界周波数が3k
Hz以上なのは絶縁体を通して電流を流すため、電極形状
を針状もしくはブラシ状とするのは、電界を不均一電界
とすることにより放電を開始しやすいようにするためで
ある。On the other hand, in order to enable various plasma treatments at atmospheric pressure, attempts have been made to stably generate glow discharge at atmospheric pressure (S. Kanazawa et.al. J. Phys. D: App.
L. Phys. 21 (1988) 838-840). In order to achieve stable glow discharge at atmospheric pressure, (1) fill the discharge space with He (2) insert an insulator between electrodes (in the discharge path) (3) at least one electrode is needle-shaped Alternatively, it should be brush-like (4) It is known as a necessary condition that the frequency of the applied electric field is 3 kHz or more. The insulator has an applied electric field frequency of 3k in order to prevent the discharge from shifting to arc discharge.
The frequency of Hz or more is for passing a current through the insulator, and the electrode shape is needle-like or brush-like for the purpose of facilitating the initiation of discharge by making the electric field non-uniform.
【0004】これらの方法によりポリイミド等の有機
物、シリコン等の無機物の表面をエッチング等処理を行
うことも試みられている。しかしながら、これら方法
は、大気圧で処理するものでありながら、 (1)反応空間内を一旦真空に減圧しその後ヘリウム等
のガスを充填するという工程を経ねばならない。 (2)基盤の処理は基盤上に於て均等に行われ、微小な
領域を選択的に処理することができない。 (3)放電が安定しない。 (4)プラズマの発生領域が小さく、大面積処理ができ
ない。It has also been attempted to subject the surface of an organic substance such as polyimide or an inorganic substance such as silicon to etching or the like by these methods. However, although these methods are carried out at atmospheric pressure, they must undergo a step of (1) once depressurizing the reaction space to a vacuum and then filling it with a gas such as helium. (2) The substrate is uniformly processed on the substrate, and it is impossible to selectively process a minute area. (3) Discharge is not stable. (4) The plasma generation region is small, and large-area processing cannot be performed.
【0005】[0005]
【課題を解決しようとする課題】本発明は、大規模が真
空排気システムを必要とせずに、しかも大面積に対する
処理を行うことのできるプラズマ発生装置およびその使
用方法を提供することを課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a plasma generator capable of performing processing on a large area without using a vacuum exhaust system on a large scale and a method of using the plasma generator. .
【0006】[0006]
【課題を解決しようとする手段】本発明は、金属等の導
電体で構成された電極を同心円筒状に配し、該電極の隙
間に円筒状絶縁体を同心円となるようにまた、外側電極
に接するように挿入し、該絶縁体と中心電極の隙間に稀
ガス(例えばヘリウム)を主体とする気体を5〜150
Torrの圧力状態、このましくは10〜100Tor
rの圧力状態で送流に保持し、前記電極間に交流電界を
印加して前記稀ガスを主体とする気体を電離させること
により前記絶縁体と中心電極の隙間にプラズマを生じせ
しめることを特徴とする。なおここでいう送流というの
は、気体が流れる状態を意味するものであり、層流を意
味するものではない。即ち、流れは乱流であってもよ
い。DISCLOSURE OF THE INVENTION According to the present invention, electrodes made of a conductor such as metal are arranged in a concentric cylindrical shape, and a cylindrical insulator is formed in a concentric circle in the gap between the electrodes. And a gas containing a rare gas (for example, helium) as a main component in the gap between the insulator and the center electrode.
Pressure condition of Torr, preferably 10-100 Torr
It is characterized in that the pressure is maintained at a pressure of r, and an alternating electric field is applied between the electrodes to ionize the gas mainly composed of the rare gas to generate plasma in the gap between the insulator and the center electrode. And The term “flow” as used herein means a state in which gas flows, and does not mean laminar flow. That is, the flow may be turbulent.
【0007】そしてこのプラズマを用い、成膜、エッチ
ング、表面処理、アッシング等のプラズマ処理を行うこ
とを特徴とする。稀ガスとしては、He、Ar、Ne、
Xe、Krを用いるとができる。特にHe、Arを利用
することが好ましい。The plasma is used to perform plasma processing such as film formation, etching, surface treatment, and ashing. As rare gas, He, Ar, Ne,
Xe and Kr can be used. Particularly, it is preferable to use He and Ar.
【0008】図1に本発明を利用したプラズマ発生装置
の概念図を示す。図1において、A−A’で切った断面
が下側の同軸状の図面である。図一において、中心導体
(11)と外側導体(12)の間に円筒状絶縁体(13)を配し、中
心導体(11)と外側導体(12)を各々電極としてそれらに交
流電源(14)より交流電界を印加する。放電空間(15)には
稀ガスであるヘリウムを主成分とするガスをボンベ(17)
より流量制御器(16)を通して送流状態で供給する。図1
に示す構成においては、円筒状絶縁体(13)と外側電極(1
2)のも隙間が存在しており、この隙間にも気体は流れ
る。従って、この隙間においても放電は行われる。しか
し、円筒状絶縁体(13)と外側電極(12)との隙間における
放電は、この隙間にも気体は円筒状絶縁体(13)と内側電
極(12)との隙間における放電よりも弱いものとなる。こ
れは、電界強度が小さくなるからである。FIG. 1 shows a conceptual diagram of a plasma generator utilizing the present invention. In FIG. 1, a cross section taken along line AA ′ is a lower coaxial drawing. In Figure 1, the center conductor
A cylindrical insulator (13) is placed between the (11) and the outer conductor (12), and an AC electric field is applied from the AC power supply (14) to the center conductor (11) and the outer conductor (12) as electrodes. To do. In the discharge space (15), a gas containing a rare gas, helium as a main component, is introduced into the cylinder (17).
It is supplied in a flow state through a flow controller (16). Figure 1
In the configuration shown in (1), the cylindrical insulator (13) and the outer electrode (1
There is also a gap in 2), and gas also flows into this gap. Therefore, discharge is also performed in this gap. However, the discharge in the gap between the cylindrical insulator (13) and the outer electrode (12) is such that the gas in this gap is weaker than the discharge in the gap between the cylindrical insulator (13) and the inner electrode (12). Becomes This is because the electric field strength becomes small.
【0009】中心導体(11)は直接プラズマに曝されるた
めタングステン、タンタル等スパッタに強い金属が有効
である。また、ヘリウムを主体とする気体に弗素、塩素
等エッチング作用の強いハロゲン系の元素を含むガスを
添加した場合は金、白金等のハロゲン系元素にエッチン
グされにくい金属で構成するか、表面にコーティングす
るのがよい。中心導体(11)の外径と外側導体(12)の内径
は次式を満たしていることが望ましい。 (外側導体の内径/中心導体の外径)≧3 これは中心導体(11)と外側導体(12)の間の電界が不平等
となる条件(コロナ発生条件)となっており、放電開始
が容易となる条件である。前記条件はあくまで望ましい
条件であり、前式の比が3よりも小さく、1に近い値で
あったとしても(実際には中心導体(11)と外側導体(12)
の間に円筒状絶縁体(13)が挿入されるため1にはならな
い)、放電はコロナ放電を経由する事なくグロー放電を
起こすだけであり、放電を起こす限りは本発明の内容を
限定するものではない。Since the central conductor (11) is directly exposed to plasma, metals such as tungsten and tantalum which are strong against sputtering are effective. When a gas containing a halogen-based element such as fluorine or chlorine that has a strong etching action is added to a gas mainly containing helium, it should be composed of a metal that is difficult to be etched by a halogen-based element such as gold or platinum, or coated on the surface. Good to do. It is desirable that the outer diameter of the central conductor (11) and the inner diameter of the outer conductor (12) satisfy the following equation. (Inner diameter of outer conductor / outer diameter of center conductor) ≧ 3 This is a condition (corona generation condition) where the electric field between the center conductor (11) and the outer conductor (12) becomes unequal, and the discharge start This is an easy condition. The above conditions are only desirable conditions, and even if the ratio of the previous equation is smaller than 3 and is close to 1, it is actually
(Since the cylindrical insulator (13) is inserted between the two, it does not become 1), the discharge only causes the glow discharge without passing through the corona discharge, and the content of the present invention is limited as long as the discharge is generated. Not a thing.
【0010】円筒状絶縁体(13)は前記電極間で放電がア
ーク放電に移行しないように設けたものであり、石英ガ
ラス、アルミナ等の無機物、テフロン、ポリイミド、ポ
リエチレン、ポリエチレンテレフタレート等の有機物を
用いることができる。尚、放電に曝され、多少温度が上
昇する可能性が存在するため、耐熱性の高い石英ガラ
ス、アルミナ等が有効である。また、絶縁体の誘電率は
大きいほど中心導体と絶縁体間のギャップにかかる電圧
は高くなるため、より放電開始しやすくなる。よって、
アルミナ、ソーダガラス等が有効である。The cylindrical insulator (13) is provided so that the discharge does not transfer to an arc discharge between the electrodes and is made of an inorganic substance such as quartz glass or alumina, or an organic substance such as Teflon, polyimide, polyethylene or polyethylene terephthalate. Can be used. Since there is a possibility that the temperature will rise to some extent when exposed to electric discharge, quartz glass, alumina, etc., which have high heat resistance, are effective. Further, the larger the dielectric constant of the insulator is, the higher the voltage applied to the gap between the central conductor and the insulator is, so that the discharge is more easily started. Therefore,
Alumina and soda glass are effective.
【0011】円筒状絶縁体(13)の厚さは絶縁体の比誘電
率によって変わり、また、中心導体と絶縁体間ギャップ
はあまり大きすぎると実用的な交流電源の出力電圧を越
えるため、以下の範囲にすることが適当である。即ち、
そのギャップの値は5mm以上50mm以下とすること
が望ましい。The thickness of the cylindrical insulator (13) changes depending on the relative permittivity of the insulator, and if the gap between the center conductor and the insulator is too large, it exceeds the practical output voltage of the AC power source. It is appropriate to set the range to. That is,
The value of the gap is preferably 5 mm or more and 50 mm or less.
【0012】交流電源の周波数の下限は放電経路に挿入
された絶縁体によって発生する容量性のサセプタンスで
決定される。即ち、単位長さ当りの容量Cは中心導体と
絶縁体間のギャップ容量Cg と絶縁体容量Ci との直列
合成容量で表わされ、各々 Cg =2πε0 / log(b/a) Ci =2 πε/ log(c/b) となる。ただし、中心導体(11)の半径をa、絶縁体(13)
の内径をb、外側電極(12)の内径をc、絶縁体の(13)誘
電率をε、真空の誘電率をε0 とする。The lower limit of the frequency of the AC power supply is determined by the capacitive susceptance generated by the insulator inserted in the discharge path. That is, the capacitance C per unit length is represented by the series combined capacitance of the gap capacitance Cg between the central conductor and the insulator and the insulator capacitance Ci, and Cg = 2πε 0 / log (b / a) Ci = 2 It becomes πε / log (c / b). However, the radius of the central conductor (11) is a, and the insulator (13)
Is b, the inner diameter of the outer electrode (12) is c, the dielectric constant (13) of the insulator is ε, and the dielectric constant of the vacuum is ε 0 .
【0013】同心円筒電極間に印加される電界は上記C
g とCi の比で分圧される。絶縁体によるサセプタンス
の値ωCが10-6〔S〕以上あれば放電は安定しているこ
とは実験により確かめられている。The electric field applied between the concentric cylindrical electrodes is C
It is divided by the ratio of g and Ci. It has been confirmed by experiments that the discharge is stable if the susceptance value ωC due to the insulator is 10 -6 [S] or more.
【0014】また電極の単位面積当りのパワー密度とし
ては、0.1W/cm2 以上必要なことが実験的に判明
しているので、電極の単位面積当りの電力密度が0.1
W/子であるヘリウムを電離もしくは励起し、該励起ヘ
リウム原子は寿命の長い準安定状態(23S1,21S0 )に留
まる。この寿命長く、またこの準安定状態のエネルギー
は19.8,20.96eVと高いため、他の添加ガスを電離、励起
することができる。よって、ヘリウムを用いると放電領
域外に励起ヘリウム原子を運び出し、該励起ヘリウム原
子の高いエネルギーを利用して、放電領域外で反応を起
こすことができる。It has been experimentally proved that the power density per unit area of the electrode needs to be 0.1 W / cm 2 or more, so that the power density per unit area of the electrode is 0.1.
W / child at a helium ionization or excitation,該Reiki helium atoms remain in a metastable state long life (2 3 S 1, 2 1 S 0). Since the lifetime is long and the energy of the metastable state is as high as 19.8 and 20.96 eV, other additive gas can be ionized and excited. Therefore, when helium is used, excited helium atoms can be carried out to the outside of the discharge region, and the high energy of the excited helium atoms can be used to cause a reaction outside the discharge region.
【0015】また稀ガスとして、Ar、Ne、Kr、X
eを用いた場合にも同様な作用を得ることができる。ま
た添加ガスとしては、成膜用の反応性気体としてSiH
4 やCH4 、エッチングガスとしてCF4 やCCl4 や
NF3 等ハロゲンを含むガス、その他H2 を用いること
ができる。O2 ガスを用いるとアッシングを行うことが
できる。As rare gases, Ar, Ne, Kr, X
Similar effects can be obtained when e is used. Further, as the additive gas, SiH is used as a reactive gas for film formation.
It is possible to use 4 or CH 4 , a gas containing halogen such as CF 4 , CCl 4, or NF 3 as an etching gas, or other H 2 . Ashing can be performed by using O 2 gas.
【0016】本発明においては、放電空間を5〜150
Torrの圧力状態にすればよいので、図一に示す構成
において放電空間(15)上記圧力範囲内とすることが必要
条件である。従って、大気圧に近い圧力である領域に放
電空間(15)で生成させたプラズマを導き、そこで各種プ
ラズマ処理を行うことが可能である。例えば簡単な作動
排気システムを用いることで、各種プラズマ処理を行う
ことが可能である。このような動作は、稀ガスの準安定
励起状態の寿命の長いことを利用したものである。In the present invention, the discharge space is 5 to 150.
Since it suffices to set the pressure state to Torr, it is a necessary condition that the discharge space (15) is within the above pressure range in the configuration shown in FIG. Therefore, it is possible to guide the plasma generated in the discharge space (15) to a region having a pressure close to the atmospheric pressure and perform various plasma treatments there. For example, various plasma treatments can be performed by using a simple operating exhaust system. Such an operation utilizes the fact that the metastable excited state of a rare gas has a long life.
【0017】また、ガス流により稀ガスのラジカルを基
板表面等反応させたい領域に輸送し、該領域に反応ガス
をノズル等で供給する方法も可能である。It is also possible to transport the rare gas radicals to a region such as the substrate surface where a reaction is desired by a gas flow and supply the reaction gas to the region through a nozzle or the like.
【0018】本発明の構成においては、反応させたい領
域にはイオンは到達せず、ラジカルのみ供給させ得るか
ら、被反応物に電流が流れることがない。よって、被反
応物として生体を選ぶこともできる。即ち、歯や爪を前
記ラジカルもしくは必要に応じて供給されたエッチング
ガスのラジカルにより削ることも可能である。In the structure of the present invention, the ions do not reach the region to be reacted, and only the radicals can be supplied, so that no current flows through the reactant. Therefore, a living body can be selected as the reaction target. That is, it is possible to scrape the teeth and nails with the radicals or the radicals of the etching gas supplied as needed.
【0019】また、本発明のプラズマ発生装置は供給ガ
ス流量を制御することにより、ラジカルの到達距離を制
御することができる。即ち、供給ガス流量を増せばそれ
に比例して流速は増し、ラジカルの到達距離を長くする
ことができる。また、被エッチング物は放電領域外の基
板ばかりでなく、放電空間内の電極自体が被エッチング
物になる場合もある。これを利用して非常に鋭い尖端を
有した針状物を形成することもできる。Further, in the plasma generator of the present invention, the reaching distance of radicals can be controlled by controlling the supply gas flow rate. That is, if the flow rate of the supply gas is increased, the flow velocity is increased in proportion to the increase of the flow rate of the supply gas, and the reaching distance of radicals can be lengthened. Further, not only the substrate outside the discharge region but also the electrode itself in the discharge space may be the object to be etched. It can also be used to form needles with very sharp tips.
【0020】[0020]
〔実施例1〕本実施例では、同軸円筒状の放電領域を形
成しヘリウムを導入して交流電界を印加しプラズマを形
成した例に関し、その寸法等具体的に述べる。[Embodiment 1] In this embodiment, an example in which a coaxial cylindrical discharge region is formed, helium is introduced, an AC electric field is applied, and plasma is formed, the dimensions and the like will be specifically described.
【0021】図2に本発明のプラズマ発生装置の断面図
をしめす。同軸円筒電極は中心導体(11)、円筒状絶縁体
(13)、外側導体(29)より構成される。この中心導体(11)
と円筒状絶縁体(13)との空隙においてプラズマ生じる。
本実施例では中心導体(11)はタングステン、円筒状絶縁
体(13)は石英ガラス、外側導体(29)はステンレスを用い
た。中心導体(11)はMHV同軸接栓(21)に接続され、M
HV同軸接栓(21)につながれた同軸ケーブル(図示せ
ず)を介して交流電源より交流電界が印加される。中心
導体(11)と円筒状絶縁体(13)の間に供給されるヘリウム
は、ガス導入口(20)より供給され、テフロン製絶縁体(2
2)、(27)の間を通って流れ込む。テフロン製絶縁体(2
2)、(27)は不要な場所での放電を防止する役割もある。
匡体(23)、(28)は締めつけ治具(25)、(26)により固定さ
れる。匡体(23)、(28)と締めつけ治具(25)、(26)はステ
ンレスで作製され、外側導体(29)と共に接地電位に保た
れる。なお導入されたヘリウムは各部品の隙間より漏れ
ないようにOリング(24)でシールされている。また、円
筒状絶縁体(13)と外側導体(29)の隙間は導電性の金属フ
ォイルで埋めてある。(図示せず)。FIG. 2 shows a sectional view of the plasma generator of the present invention. The coaxial cylindrical electrode is the central conductor (11), cylindrical insulator
(13) and outer conductor (29). This central conductor (11)
Plasma is generated in the gap between the cylindrical insulator (13) and the cylindrical insulator (13).
In this example, the central conductor (11) was made of tungsten, the cylindrical insulator (13) was made of quartz glass, and the outer conductor (29) was made of stainless steel. The central conductor (11) is connected to the MHV coaxial connector (21),
An AC electric field is applied from an AC power source through a coaxial cable (not shown) connected to the HV coaxial connector (21). Helium supplied between the central conductor (11) and the cylindrical insulator (13) was supplied from the gas inlet (20), and the helium insulator (2
It flows in between 2) and (27). Teflon insulator (2
2) and (27) also have a role of preventing discharge in unnecessary places.
The cases (23) and (28) are fixed by tightening jigs (25) and (26). The casings (23) and (28) and the fastening jigs (25) and (26) are made of stainless steel, and are kept at the ground potential together with the outer conductor (29). The introduced helium is sealed with an O-ring (24) so that it does not leak from the gaps between the parts. The gap between the cylindrical insulator (13) and the outer conductor (29) is filled with a conductive metal foil. (Not shown).
【0022】全体の外観を図3にしめす。架台(33)にプ
ラズマ発生装置が保持されている。下部に放電部(31)が
見られる。以上説明した装置は、簡単な減圧チャンバー
内に配置される。この減圧チャンバー内は100Tor
rに保つように気体の供給と排気を調整する。このチャ
ンバーは簡単なものでよく、多少リークがあっても問題
とならない。The overall appearance is shown in FIG. A plasma generator is held on the frame (33). The discharge part (31) can be seen at the bottom. The device described above is placed in a simple vacuum chamber. The inside of this decompression chamber is 100 Tor
Adjust the gas supply and exhaust to maintain r. This chamber can be simple, and a slight leak is not a problem.
【0023】上記の装置にヘリウムを2000sccm供給し、
100Torrの圧力において周波数13.56MHzの高周波
電力を500 W加えたところ安定な放電が得られることが
観測された。なお、中心導体(11)の直径は5mm、その
長さは30mmである。そして円筒状絶縁体(13)の外形は
20mm、円筒状絶縁体(13)の厚さは1mmである。ま
た中心導体(11)と円筒状絶縁体(13)とのギャップは7.5
mmである。2000sccm of helium was supplied to the above apparatus,
It was observed that a stable discharge was obtained when 500 W of high frequency power of 13.56 MHz was applied at a pressure of 100 Torr. The diameter of the central conductor (11) is 5 mm and its length is 30 mm. The outer shape of the cylindrical insulator (13) is 20 mm, and the thickness of the cylindrical insulator (13) is 1 mm. The gap between the central conductor (11) and the cylindrical insulator (13) is 7.5.
mm.
【0024】なお、本実施例の構成において、圧力を2
00Torr以上とすると、安定した放電が起こらなく
なり、プラズマの発生が不安定になる。従って、安定し
た放電を行こすためには、圧力を150Torr以下と
することが必要である。In the structure of this embodiment, the pressure is set to 2
When it is more than 00 Torr, stable discharge does not occur, and the generation of plasma becomes unstable. Therefore, in order to perform stable discharge, the pressure needs to be 150 Torr or less.
【0025】〔実施例2〕本実施例ではエッチングガス
としてCF4 をヘリウムに1〜3%添加し、シリコン及
びアルミナをエッチングした場合のエッチング効果につ
いて述べる。プラズマ発生装置は〔実施例1〕と同じも
のを用いた。電源周波数は13.56MHzであり、電力は50
0W、ガスの総流量は3(リットル/分)、放電領域か
ら(円筒絶縁体の端面から)基板までの距離は1mmで
ある。またチャンバーの内の圧力が100Torrとな
るようにして実験は行った。CF4 の添加量と反応時間
を変えた場合のエッチング効果を下記表1に示す。[Embodiment 2] In this embodiment, an etching effect in the case of etching silicon and alumina by adding 1 to 3% of CF 4 to helium as an etching gas will be described. The same plasma generator as in [Example 1] was used. Power frequency is 13.56MHz, power is 50
0 W, the total flow rate of gas is 3 (liter / min), and the distance from the discharge region to the substrate (from the end face of the cylindrical insulator) is 1 mm. The experiment was conducted so that the pressure inside the chamber was 100 Torr. Table 1 below shows the etching effect when the amount of CF 4 added and the reaction time were changed.
【0026】[0026]
【表1】 [Table 1]
【0027】尚、エッチング効果の評価ランクは以下の
ように定めた。 〇:表面粗さ測定で効果の見られたもの。 △:表面粗さ測定で効果が若干見られたもの。 ×:表面粗さ測定で効果が見られなかったもの。The evaluation rank of the etching effect was determined as follows. Good: An effect was observed in surface roughness measurement. Δ: Some effect was observed in surface roughness measurement. X: No effect was observed in surface roughness measurement.
【0028】〔比較例〕本比較例ではヘリウムのみでシ
リコンをエッチングした場合のエッチング効果について
述べる。プラズマ発生装置は〔実施例1〕と同じものを
用いた。電源周波数は13.56MHzであり、電力は500
W、ヘリウムガスの流量は3(リットル/分)、放電領
域から(円筒絶縁体の端面から)基板までの距離は1m
m若しくは2mmである。またチャンバー内の圧力は1
00Torrとした。下記表2に結果を示す。[Comparative Example] In this comparative example, an etching effect in the case of etching silicon with only helium will be described. The same plasma generator as in [Example 1] was used. Power supply frequency is 13.56MHz, power is 500
W, the flow rate of helium gas is 3 (liter / minute), and the distance from the discharge region to the substrate (from the end face of the cylindrical insulator) is 1 m.
m or 2 mm. The pressure in the chamber is 1
It was set to 00 Torr. The results are shown in Table 2 below.
【0029】[0029]
【表2】 [Table 2]
【0030】〔実施例3〕本実施例は実施例1において
説明した図2に示すプラズマ発生装置を用いて炭素被膜
を形成する例である。本実施例においては、炭素被膜を
形成するために原料ガスとしてメタンを用いる。[Embodiment 3] This embodiment is an example of forming a carbon coating by using the plasma generator shown in FIG. 2 described in Embodiment 1. In this embodiment, methane is used as a source gas for forming the carbon film.
【0031】また本実施例においては、中心導体(11)を
パイプ形状として、このパイプ内に原料ガスを流す構成
とする。また希ガスとしてはアルゴンを用いる。アルゴ
ンは中心導体(11)と円筒状の絶縁体(13)とのギャップに
流し、ここでプラズマ化される。原料ガスが装置から出
た所でプラズマ化されたアルゴンガスに同軸状に包み込
まれ、アルゴンからのプラズマエネルギーによって活性
化される。そして活性化された原料ガスによって被形成
面に被膜が形成されることになる。Further, in the present embodiment, the central conductor (11) is formed in a pipe shape, and the source gas is made to flow in the pipe. Argon is used as the rare gas. Argon flows into the gap between the central conductor (11) and the cylindrical insulator (13), where it is turned into plasma. The raw material gas is coaxially wrapped in argon gas that has been turned into plasma at the place of exit from the apparatus, and is activated by plasma energy from argon. Then, the activated raw material gas forms a film on the surface to be formed.
【0032】以下に成膜条件を示す。 原料ガス CH4 +H2 =1:4 100scc
m アルゴン 3 リットル/分 高周波パワー 500W 圧力 100Torr 高周波パワーは、電極の単位面積当たりのパワー密度が
0.1 W強となる値である。なおその他の装置各部分の寸
法は実施例1と同様である。The film forming conditions are shown below. Raw material gas CH 4 + H 2 = 1: 4 100 scc
m Argon 3 liter / min High frequency power 500 W Pressure 100 Torr High frequency power has a power density per unit area of electrode.
It is a value of 0.1 W or more. The dimensions of other parts of the apparatus are the same as those in the first embodiment.
【0033】本実施例の構成を採用した場合、原料ガス
をプラズマ化された希ガスによって包み込む様にして被
形成面まで導かれるので、原料ガスの収拾効率を極めて
高くすることができる。本実施例においては原料ガスと
してメタンを用いたが、成膜せんとする被膜の種類に併
せて原料ガスは選択すればよい。例えば、珪素被膜を形
成するのであれば、シランやジシランを用いればよい。
また必要とする添加ガスや希釈ガスを併用することは当
然可能である。In the case of adopting the configuration of this embodiment, the source gas is guided to the surface to be formed so as to be wrapped by the rare gas which is turned into plasma, so that the efficiency of collecting the source gas can be made extremely high. Although methane was used as the source gas in this example, the source gas may be selected according to the type of the film to be formed. For example, if a silicon film is formed, silane or disilane may be used.
In addition, it is naturally possible to use the required additive gas and diluting gas together.
【0034】またエッチングガスや原料ガスとして複数
種類のガスを用いる場合において、少なくとも一つのガ
スをパイプ状の中心導体(11)から供給し、他の少なくと
も一つのガスを中心導体(11)と円筒状の絶縁体(13)との
ギャップから供給してもよい。この場合、中心導体(11)
と円筒状の絶縁体(13)とのギャップから供給されるガス
は、電極から供給される高周波エネルギーによって直接
プラズマ化、あるいは活性化されることになる。即ち、
中心導体(11)と円筒状の絶縁体(13)とのギャップから供
給されるガスは、パイプ状の中心導体(11)から供給され
るガスに比較してよりさらに強く活性化あるいはプラズ
マ化されることになる。このことを利用して、選択的に
特定のガスのみに高周波エネルギーを直接加える構成と
することができる。即ち、特定のガスを中心導体(11)と
円筒状の絶縁体(13)とのギャップから供給することによ
って、このガスのみに高周波エネルギーを直接加え、他
のガスはパイプ状の中心導体(11)内から供給することに
よって、装置から出た後に希ガスによってエネルギーを
供給される構成とすることができる。このような構成
は、添加ガスのみを強い活性状態にしたい場合等に利用
できる。When a plurality of kinds of gases are used as the etching gas and the source gas, at least one gas is supplied from the pipe-shaped central conductor (11), and at least another gas is supplied to the central conductor (11) and the cylinder. It may be supplied from a gap with the insulator (13). In this case, the central conductor (11)
The gas supplied from the gap between the cylindrical insulator (13) and the insulator is directly plasmatized or activated by the high frequency energy supplied from the electrode. That is,
The gas supplied from the gap between the central conductor (11) and the cylindrical insulator (13) is more strongly activated or turned into plasma than the gas supplied from the pipe-shaped central conductor (11). Will be. By utilizing this, it is possible to selectively apply the high frequency energy only to the specific gas. That is, by supplying a specific gas from the gap between the central conductor (11) and the cylindrical insulator (13), high-frequency energy is directly applied only to this gas, and other gases are pipe-shaped central conductor (11). ), The energy can be supplied by the rare gas after the gas is discharged from the device. Such a configuration can be used when it is desired to make only the added gas a strong active state.
【0035】また本実施例の構成は、エッチングやアッ
シングその他各種プラズマ処理にも有効である。The structure of this embodiment is also effective for various plasma treatments such as etching and ashing.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上述べたように、本発明のプラズマ発
生装置を用いると、大面積に安定したプラズマを発生さ
せることができ、各種プラズマ処理に有効に利用するこ
とができる。または圧力を100Torr程度と高くす
ることができるので、簡単な排気系で装置を構成するこ
とができる。As described above, when the plasma generator of the present invention is used, stable plasma can be generated in a large area and can be effectively used for various plasma treatments. Alternatively, since the pressure can be increased to about 100 Torr, the device can be configured with a simple exhaust system.
【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]
【図1】 本発明のプラズマ発生装置の概略図を示す。FIG. 1 shows a schematic view of a plasma generator of the present invention.
【図2】 本発明のプラズマ発生装置の具体例を示す。FIG. 2 shows a specific example of the plasma generator of the present invention.
【図3】 本発明のプラズマ発生装置の外観を示す。FIG. 3 shows an external view of a plasma generator of the present invention.
11・・・・・中心導体 12・・・・・外側導体 13・・・・・円筒状絶縁体 14・・・・・交流電源 15・・・・・放電空間 16・・・・・流量制御器 17・・・・・ボンベ 29・・・・・外側導体 21・・・・・MHV同軸接詮 22、27・・テフロン製絶縁体 23、28・・筐体 25、26・・締めつけ治具 33・・・・・架台 31・・・・・放電部 11 ... Central conductor 12 ... Outer conductor 13 ... Cylindrical insulator 14 ... AC power supply 15 ... Discharge space 16 ... Flow rate control Container 17 ... Cylinder 29 ... Outer conductor 21 ... MHV coaxial plug 22, 27 ... Teflon insulator 23, 28 ... Housing 25, 26 ... Tightening jig 33 ... Stand 31 ... Discharge unit
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 21/3065 H05H 1/46 M 9014−2G (72)発明者 山崎 舜平 神奈川県厚木市長谷398番地 株式会社半 導体エネルギー研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Reference number within the agency FI Technical indication location H01L 21/3065 H05H 1/46 M 9014-2G (72) Inventor Shunpei Yamazaki Hase, Atsugi, Kanagawa Prefecture No. 398 Inside Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd.
Claims (13)
配し、該電極の隙間に円筒状絶縁体を同心円となるよう
にまた、外側電極と内側電極との隙間に挿入し、該絶縁
体と中心電極の隙間に稀ガスを主体とする気体を5〜1
50Torrの圧力状態で送流状態に保持し、前記電極
間に交流電界を印加して前記稀ガスを主体とする気体を
電離することにより電極間の隙間にプラズマを生ぜせし
めることを特徴とするプラズマ発生装置。1. An electrode made of a conductor is arranged in a concentric cylinder shape, and a cylindrical insulator is inserted into a gap between the electrodes so as to form a concentric circle, and is inserted into a gap between the outer electrode and the inner electrode. A gas consisting mainly of a rare gas is added to the gap between the insulator and the center electrode between 5 and 1
A plasma characterized by maintaining a flow state at a pressure of 50 Torr, and applying an AC electric field between the electrodes to ionize the gas mainly containing the rare gas to generate plasma in the gap between the electrodes. Generator.
隙間は5mm〜50mmであることを特徴とするプラズ
マ発生装置。2. The plasma generator according to claim 1, wherein the gap between the insulator and the center electrode is 5 mm to 50 mm.
隙間は5mm〜20mmであることを特徴とするプラズ
マ発生装置。3. The plasma generator according to claim 1, wherein the gap between the insulator and the center electrode is 5 mm to 20 mm.
電もしくはコロナ放電プラズマであることを特徴とする
プラズマ発生装置。4. The plasma generator according to claim 1, wherein the plasma is glow discharge or corona discharge plasma.
アルゴン、クリプトン、キセノン、ネオンから選ばれた
少なくとも一種類のガスを用いることを特徴とするプラ
ズマ発生装置。5. The rare gas according to claim 1, wherein the rare gas is helium,
A plasma generator characterized by using at least one gas selected from argon, krypton, xenon, and neon.
配し、該電極の隙間に円筒状絶縁体を同心円となるよう
にまた、外側電極と内側電極との隙間に挿入し、該絶縁
体と中心電極の隙間に稀ガスを主体とする気体を5〜1
50Torrの圧力状態で送流状態に保持し、前記電極
間に交流電界を印加して前記稀ガスを主体とする気体を
電離することにより電極間の隙間にプラズマを生じせし
めるプラズマ発生装置の動作方法であって、 前記稀ガスを主体とする気体に所定の反応性気体を添加
し、前記絶縁体と中心電極の隙間に生じたプラズマを用
いてプラズマ処理を行うことを特徴とするプラズマ発生
装置の動作方法。6. An electrode made of a conductor is arranged in a concentric cylindrical shape, and a cylindrical insulator is inserted into the gap between the electrodes so as to form a concentric circle, and is inserted into the gap between the outer electrode and the inner electrode. A gas consisting mainly of a rare gas is added to the gap between the insulator and the center electrode between 5 and 1
A method of operating a plasma generator that maintains a flow state at a pressure of 50 Torr and applies an AC electric field between the electrodes to ionize a gas mainly composed of the rare gas to generate plasma in a gap between the electrodes. In addition, a predetermined reactive gas is added to the gas containing the rare gas as a main component, and the plasma treatment is performed using the plasma generated in the gap between the insulator and the center electrode. How it works.
て、成膜またはエッチングまたはアッシングまたは被処
理材料の表面の変質を行うことを特徴とするプラズマ発
生装置の動作方法。7. The method of operating a plasma generator according to claim 6, wherein film formation, etching, ashing, or alteration of the surface of the material to be processed is performed as the plasma treatment.
配し、該電極の隙間に円筒状絶縁体を同心円となるよう
にまた、外側電極と内側電極との隙間に挿入し、該絶縁
体と中心電極の隙間に稀ガスを主体とする気体を5〜1
50Torrの圧力状態で送流状態に保持し、前記電極
間に交流電界を印加して前記稀ガスを主体とする気体を
電離することにより電極間の隙間にプラズマを生じせし
めるプラズマ発生装置の動作方法であって、 前記稀ガスを主体とする気体にハロゲン元素を含む反応
性気体を添加することによってエッチングを行うことを
特徴とするプラズマ発生装置の動作方法。8. An electrode made of a conductor is arranged in a concentric cylindrical shape, and a cylindrical insulator is inserted into the gap between the electrodes so as to form a concentric circle, and is inserted into the gap between the outer electrode and the inner electrode. A gas consisting mainly of a rare gas is added to the gap between the insulator and the center electrode between 5 and 1
A method of operating a plasma generator that maintains a flow state at a pressure of 50 Torr and applies an AC electric field between the electrodes to ionize a gas mainly containing the rare gas to generate plasma in a gap between the electrodes. A method of operating a plasma generator, wherein etching is performed by adding a reactive gas containing a halogen element to a gas mainly containing the rare gas.
配し、該電極の隙間に円筒状絶縁体を同心円となるよう
にまた、外側電極と内側電極との隙間に挿入し、該絶縁
体と中心電極の隙間に稀ガスを主体とする気体を5〜1
50Torrの圧力状態で送流状態に保持し、前記電極
間に交流電界を印加して前記稀ガスを主体とする気体を
電離することにより電極間の隙間にプラズマを生じせし
めるプラズマ発生装置の動作方法であって、 前記稀ガスを主体とする気体に原料ガスを添加すること
により、前記原料ガスに含まれる元素を含む薄膜を成膜
することを特徴とするプラズマ発生装置の動作方法。9. An electrode made of a conductor is arranged in a concentric cylindrical shape, and a cylindrical insulator is inserted into the gap between the electrodes so as to form a concentric circle, and is inserted into the gap between the outer electrode and the inner electrode. A gas consisting mainly of a rare gas is added to the gap between the insulator and the center electrode between 5 and 1
A method of operating a plasma generator that maintains a flow state at a pressure of 50 Torr and applies an AC electric field between the electrodes to ionize a gas mainly composed of the rare gas to generate plasma in a gap between the electrodes. A method of operating a plasma generator, wherein a thin film containing an element contained in the raw material gas is formed by adding a raw material gas to a gas mainly containing the rare gas.
化水素気体を用い、薄膜として炭素被膜を形成すること
を特徴とするプラズマ発生装置の使用方法。10. A method of using a plasma generator according to claim 9, wherein a hydrocarbon gas is used as a source gas and a carbon film is formed as a thin film.
てメタンを用いることを特徴とするプラズマ発生装置の
使用方法。11. A method of using a plasma generator according to claim 10, wherein methane is used as the hydrocarbon gas.
配し、該電極の隙間に円筒状絶縁体を同心円となるよう
にまた、外側電極と内側電極との隙間に挿入し、該絶縁
体と中心電極の隙間に稀ガスを主体とする気体を5〜1
50Torrの圧力状態で送流状態に保持し、前記電極
間に交流電界を印加して前記稀ガスを主体とする気体を
電離することにより電極間の隙間にプラズマを生じせし
めるプラズマ発生装置であって、 前記同心円等状に構成された電極の中心電極はパイプ形
状を有していることを特徴とするプラズマ発生装置。12. An electrode made of a conductor is arranged in a concentric cylinder shape, and a cylindrical insulator is inserted into the gap between the electrodes so as to form a concentric circle, and is inserted into the gap between the outer electrode and the inner electrode. A gas consisting mainly of a rare gas is added to the gap between the insulator and the center electrode between 5 and 1
A plasma generator for maintaining a flow state at a pressure of 50 Torr and applying an AC electric field between the electrodes to ionize a gas mainly containing the rare gas to generate plasma in a gap between the electrodes. The plasma generating device, wherein the center electrode of the concentric circular electrodes has a pipe shape.
配し、該電極の隙間に円筒状絶縁体を同心円となるよう
にまた、外側電極と内側電極との隙間の挿入し、該絶縁
体と中心電極の隙間に稀ガスを主体とする気体を5〜1
50Torrの圧力状態で送流状態に保持し、前記電極
間に交流電界を印加して前記稀ガスを主体とする気体を
電離することにより電極間の隙間にプラズマを生じせし
めるプラズマ発生装置の動作方法であって、 前記同心円等状に構成された電極の中心電極はパイプ形
状を有しており、該パイプ内を流れる気体をプラズマ化
された前記稀ガスを主体とする気体によって活性化する
ことを特徴とするプラズマ発生装置の動作方法。13. An electrode made of a conductor is arranged in a concentric cylindrical shape, and a cylindrical insulator is concentrically inserted in the gap between the electrodes, and a gap between the outer electrode and the inner electrode is inserted, A gas consisting mainly of a rare gas is added to the gap between the insulator and the center electrode between 5 and 1
A method of operating a plasma generator that maintains a flow state at a pressure of 50 Torr and applies an AC electric field between the electrodes to ionize a gas mainly composed of the rare gas to generate plasma in a gap between the electrodes. The center electrode of the concentric circular electrodes has a pipe shape, and the gas flowing in the pipe is activated by a gas containing plasma of the rare gas. A method of operating a plasma generator characterized.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6013962A JPH07211654A (en) | 1994-01-12 | 1994-01-12 | Plasma generating system and operating method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6013962A JPH07211654A (en) | 1994-01-12 | 1994-01-12 | Plasma generating system and operating method thereof |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07211654A true JPH07211654A (en) | 1995-08-11 |
Family
ID=11847843
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6013962A Pending JPH07211654A (en) | 1994-01-12 | 1994-01-12 | Plasma generating system and operating method thereof |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07211654A (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6429400B1 (en) | 1997-12-03 | 2002-08-06 | Matsushita Electric Works Ltd. | Plasma processing apparatus and method |
KR100514105B1 (en) * | 2002-11-25 | 2005-09-09 | 한미반도체 주식회사 | Atmospheric plasma generating apparatus |
KR20060091869A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-22 | 이상석 | The technical method and its equipment for the low power and multi-applicable plasma generation using a commercial source |
KR100667675B1 (en) * | 2004-10-08 | 2007-01-12 | 세메스 주식회사 | Atmospheric pressure plasma apparatus used in etching of an substrate |
KR100916826B1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-09-14 | (주) 엠에이케이 | Apparatus for generating air pressure plasma enabling ashing or etching |
US7604849B2 (en) | 2002-08-26 | 2009-10-20 | Panasonic Corporation | Plasma processing method and apparatus |
US8552335B2 (en) * | 2005-02-04 | 2013-10-08 | Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek N.V. (Vito) | Atmospheric-pressure plasma jet |
-
1994
- 1994-01-12 JP JP6013962A patent/JPH07211654A/en active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6429400B1 (en) | 1997-12-03 | 2002-08-06 | Matsushita Electric Works Ltd. | Plasma processing apparatus and method |
US7604849B2 (en) | 2002-08-26 | 2009-10-20 | Panasonic Corporation | Plasma processing method and apparatus |
KR100514105B1 (en) * | 2002-11-25 | 2005-09-09 | 한미반도체 주식회사 | Atmospheric plasma generating apparatus |
KR100667675B1 (en) * | 2004-10-08 | 2007-01-12 | 세메스 주식회사 | Atmospheric pressure plasma apparatus used in etching of an substrate |
US8552335B2 (en) * | 2005-02-04 | 2013-10-08 | Vlaamse Instelling Voor Technologisch Onderzoek N.V. (Vito) | Atmospheric-pressure plasma jet |
KR20060091869A (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-22 | 이상석 | The technical method and its equipment for the low power and multi-applicable plasma generation using a commercial source |
KR100916826B1 (en) * | 2008-04-18 | 2009-09-14 | (주) 엠에이케이 | Apparatus for generating air pressure plasma enabling ashing or etching |
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