KR101485140B1 - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

애노드 전극과, 애노드 전극에 대향하는 면에 개구부가 설치된 관통 구멍을 가지는 캐소드 전극과, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 프로세스 가스를 도입하는 가스 공급 장치와, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 교류 전력을 공급하여, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에서 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 하는 교류 전원을 구비한다.A cathode electrode having a through hole provided with an opening in a surface opposite to the anode electrode; a gas supply device for introducing a process gas between the anode electrode and the cathode electrode; and a gas supply device for supplying AC power between the anode electrode and the cathode electrode And an AC power source for bringing the process gas into a plasma state between the anode electrode and the cathode electrode.

Description

플라즈마 처리 장치{PLASMA PROCESSING APPARATUS}PLASMA PROCESSING APPARATUS

본 발명은 플라즈마를 발생하여 기판 처리를 행하는 플라즈마 처리 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a plasma processing apparatus for generating a plasma to perform a substrate processing.

반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서, 고정밀도의 프로세스 제어가 용이하다는 이점으로부터, 성막 공정, 에칭 공정, 애싱 공정 등에 있어서 플라즈마 처리 장치가 이용되고 있다. 플라즈마 처리 장치로서, 예를 들어, 플라즈마 화학 기상 성장(CVD) 장치, 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 애싱 장치 등이 알려져 있다. 예를 들어, 플라즈마 CVD 장치에서는, 고주파 전력 등에 의해 원료 가스가 플라즈마화 되고, 화학반응에 의해 기판 상에 박막이 형성된다.A plasma processing apparatus is used in a film forming process, an etching process, an ashing process, and the like in view of the fact that process control of high precision is easy in a semiconductor device manufacturing process. As a plasma processing apparatus, for example, a plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus, a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus, and the like are known. For example, in a plasma CVD apparatus, a raw material gas is plasmaized by high-frequency power or the like, and a thin film is formed on a substrate by a chemical reaction.

또한, 플라즈마 밀도를 균일하게 하기 위하여 캐소드 전극의 내부로부터 프로세스 가스를 공급하는 샤워 전극을 사용한 플라즈마 처리 장치나, 더욱 고밀도의 플라즈마를 발생시키기 위하여 샤워 전극에서 할로우 캐소드 방전을 이용한 플라즈마 처리 장치가 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).Further, a plasma processing apparatus using a shower electrode for supplying a process gas from the inside of the cathode electrode and a plasma processing apparatus using a hollow cathode discharge in the shower electrode for generating a higher density plasma have been proposed in order to make the plasma density uniform (See, for example, Patent Document 1).

특허 문헌 1 : 일본 특허출원공개 제2004-296526호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-296526

그러나, 샤워 전극에 의한 플라즈마 처리를 행하기 위해서는, 직경이 0.3 ~ 0.4 mm 정도의 미세한 구멍을 캐소드 전극의 표면에 다수 형성할 필요가 있다. 이 때문에, 캐소드 전극의 제조나 메인티넌스가 곤란하고 코스트가 높다. 또한, 샤워 전극의 막힘에 의해 연속 사용을 할 수 없는 경우가 있다. 이러한 문제는 할로우 캐소드 방전을 이용한 플라즈마 처리 장치에서도 마찬가지로 발생한다. 또한, 인용예에서는 캐소드에 대향하는 하나의 면에만 플라즈마를 생성하는 구성이며, 캐소드 전극의 양면에 균일하며 고밀도인 플라즈마를 안정적으로 생성하는 것은 곤란하다.However, in order to perform the plasma treatment by the shower electrode, it is necessary to form a large number of fine holes having a diameter of about 0.3 to 0.4 mm on the surface of the cathode electrode. For this reason, the manufacture and maintenance of the cathode electrode are difficult and the cost is high. In addition, the shower electrode may be clogged so that continuous use may not be possible. This problem also occurs in a plasma processing apparatus using a hollow cathode discharge. In the cited example, plasma is generated on only one surface facing the cathode, and it is difficult to stably generate plasma having uniform and high density on both surfaces of the cathode electrode.

상기 문제점을 감안하여, 본 발명은 캐소드 전극의 양면에 균일하며 고밀도인 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a plasma processing apparatus capable of stably generating a uniform and high-density plasma on both sides of a cathode electrode.

본 발명의 일 특징에 의하면, 처리 기판을 장착하는 애노드 전극과, 애노드 전극에 대향하도록 배치되고, 대향하는 면에 개구부가 설치된 관통 구멍을 가지는 캐소드 전극과, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 프로세스 가스를 도입하는 가스 공급 장치와, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에 교류 전력을 공급하여, 애노드 전극과 캐소드 전극 사이에서 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 하는 교류 전원을 구비하는 플라즈마 처리 장치가 제공된다.According to one aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus comprising: an anode electrode for mounting a processing substrate; a cathode electrode disposed opposite to the anode electrode and having a through hole provided with an opening in an opposing surface; There is provided a plasma processing apparatus comprising a gas supply device for introducing a plasma and an alternating current power supply for supplying AC power between the anode electrode and the cathode electrode to bring the process gas into a plasma state between the anode electrode and the cathode electrode.

본 발명에 의하면, 캐소드 전극의 양면에 균일하며 고밀도인 플라즈마를 안정적으로 생성할 수 있는 플라즈마 처리 장치를 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a plasma processing apparatus capable of stably generating a uniform and high-density plasma on both surfaces of a cathode electrode.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 관통 구멍에서의 플라즈마 영역을 설명하기 위한 개략도이다(그 1).
도 3은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 관통 구멍에서의 플라즈마 영역을 설명하기 위한 개략도이다(그 2).
도 4는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 관통 구멍에서의 플라즈마 영역을 설명하기 위한 개략도이다(그 3).
도 5는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 관통 구멍에서의 플라즈마 영역을 설명하기 위한 개략도이다(그 4).
도 6은 비교예의 할로우 캐소드 방전을 설명하기 위한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 캐소드 전극의 구조예를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 캐소드 전극에 형성되는 관통 구멍의 개구부의 배치예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에서의 방전 상태를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치에서의 다른 방전 상태를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 할로우 캐소드 방전의 조건을 나타내는 표이다.
도 12는 전자의 평균 자유 행정과 압력과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 13은 데바이 길이의 계산치의 예를 나타내는 표이다.
도 14는 본 발명의 제 1 실시 형태의 제 1 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 15는 본 발명의 제 1 실시 형태의 제 2 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 16은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 발명의 제 2 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치의 다른 구성을 나타내는 개략도이다.
도 18은 본 발명의 제 2 실시 형태의 변형예에 따른 플라즈마 처리 장치의 구성을 나타내는 개략도이다.
1 is a schematic view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view for explaining a plasma region in a through hole of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention (Part 1).
3 is a schematic view for explaining a plasma region in a through hole of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention (Part 2).
4 is a schematic view for explaining a plasma region in a through hole of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention (Part 3).
5 is a schematic view for explaining a plasma region in a through hole of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention (Part 4).
6 is a schematic view for explaining the hollow cathode discharge of the comparative example.
7 is a schematic view showing an example of the structure of a cathode electrode of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
8 is a schematic view showing an example of the arrangement of openings of through holes formed in the cathode electrode of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
9 is a schematic diagram showing a discharge state in the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
10 is a schematic view showing another discharge state in the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
11 is a table showing conditions of a hollow cathode discharge in the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
12 is a graph showing the relationship between the mean free path of electrons and the pressure.
13 is a table showing an example of calculated values of the Debye length.
14 is a schematic view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to a first modification of the first embodiment of the present invention.
15 is a schematic view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to a second modification of the first embodiment of the present invention.
16 is a schematic view showing a configuration of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
17 is a schematic diagram showing another configuration of the plasma processing apparatus according to the second embodiment of the present invention.
18 is a schematic diagram showing a configuration of a plasma processing apparatus according to a modified example of the second embodiment of the present invention.

다음으로, 도면을 참조하여, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시 형태를 설명한다. 이하의 도면의 기재에 있어서, 동일 또는 유사한 부분에는 동일 또는 유사한 부호를 붙이고 있다. 다만, 도면은 개략적인 것임에 유의해야 한다. 또한, 이하에 나타내는 제 1 및 제 2 실시 형태는, 이 발명의 기술적 사상을 구체화하기 위한 장치나 방법을 예시하는 것으로서, 이 발명의 실시 형태는 구성 부품의 구조, 배치 등을 아래와 같은 것으로 특정하는 것은 아니다. 이 발명의 실시 형태는 청구의 범위에서 여러 가지의 변경을 더할 수가 있다.Next, the first and second embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. It should be noted, however, that the drawings are schematic. The first and second embodiments described below exemplify an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention. The embodiment of the present invention specifies the structure, arrangement, and the like of the constituent parts as follows It is not. The embodiments of the present invention may be modified in various ways within the scope of the claims.

(제 1 실시 형태)(First Embodiment)

본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)는 도 1에 나타낸 바와 같이, 처리 기판을 장착하는 애노드 전극(11)과, 애노드 전극(11)에 대향하는 면에 개구부가 설치된 관통 구멍(120)을 가지는 캐소드 전극(12)과, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 프로세스 가스(100)를 도입하는 가스 공급 장치(13)와, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 교류 전력을 공급하여, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에서 프로세스 가스(100)를 플라즈마 상태로 하는 교류 전원(14)을 구비한다. 도 1에 나타낸 바와 같이 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12)은 평판형이며, 플라즈마 처리 장치(10)는 용량 결합형 플라즈마를 이용한 것이다. 용량 결합 방식의 전극 사이의 거리는 개략 균일한 것이 바람직하다.1, the plasma processing apparatus 10 according to the first embodiment of the present invention includes an anode electrode 11 on which a processing substrate is mounted, a through-hole (not shown) having an opening on a surface facing the anode electrode 11, A cathode electrode 12 having an anode electrode 11 and a cathode electrode 12 and a gas supply device 13 for introducing the process gas 100 between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12, And an AC power supply 14 for supplying AC power between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 to bring the process gas 100 into a plasma state. As shown in FIG. 1, the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 are of a flat plate type, and the plasma processing apparatus 10 uses a capacitively coupled plasma. It is preferable that the distance between the electrodes of the capacitive coupling method is roughly uniform.

표면에 개구부가 설치된 캐소드 전극(12)은 할로우 캐소드 방전을 생성시키는 할로우 캐소드 전극으로서 기능한다. 이하에, 할로우 캐소드 방전에 대해 설명한다.The cathode electrode 12 provided with an opening on its surface functions as a hollow cathode electrode for generating a hollow cathode discharge. Hereinafter, the hollow cathode discharge will be described.

일반적인 용량 결합형 플라즈마에서는, 캐소드 전극(12)의 표면으로의 입사 이온에 의해 방출되는 2차 전자를 기점으로 하여 연쇄적으로 가스 분자를 이온화함으로써 전리를 유지하고 있다. 본 발명의 경우는, 관통 구멍(120)의 내부를 제외한 캐소드 전극(12)의 표면에서의 플라즈마 생성이 이것에 해당한다. 한편, 관통 구멍(120) 내부에서의 플라즈마 생성이 할로우 캐소드 방전이며, 할로우 캐소드 방전에서는, 캐소드 전극(12)의 관통 구멍(120) 내부에서는 전자가 관통 구멍(120) 내부에 감금되고 운동 에너지를 가짐으로써, 고밀도 전자의 공간이 형성된다. 즉, 캐소드 전극(12)에 설치된 관통 구멍(120)의 측벽에 발생하는 음극 강하에 의해 데바이 차단되고, 전자가 관통 구멍(120)의 측벽에 입사하여 소멸하는 일은 없다. 즉, 관통 구멍(120) 내부에서 전자가 대향하는 벽면으로부터 되튕기는 「진자 운동(Pendulum) 효과」라고 불리는 것과 같은 반발을 반복함으로써, 관통 구멍(120) 내부에 고밀도 전자 공간이 형성된다. 가스 분자에 충돌한 전자는 비탄성 충돌을 반복하고, 전리를 유지ㆍ촉진한다. 이러한 전자는 관통 구멍(120) 내부에서 여러 가지 방향으로 산란하고, 전리 증폭과 누적 전리를 반복한다.In general capacitively coupled plasma, the ionization of gas molecules is chained to the ionization from the secondary electrons emitted by the incident ions to the surface of the cathode electrode 12 as a starting point. In the case of the present invention, this is the plasma generation on the surface of the cathode electrode 12 except for the inside of the through hole 120. On the other hand, plasma generation inside the through hole 120 is a hollow cathode discharge. In the hollow cathode discharge, electrons are confined in the through hole 120 in the through hole 120 of the cathode electrode 12, , A space of high-density electrons is formed. That is, due to the negative electrode drop generated in the side wall of the through hole 120 provided in the cathode electrode 12, the electrons are excited to disappear by being incident on the side wall of the through hole 120. That is, repulsion such as a so-called " pendulum effect " in which electrons are repelled from the opposite wall surface in the through hole 120 is repeated to form a high-density electron space inside the through hole 120. [ The electrons impinging on the gas molecules repeat the inelastic collision and maintain and promote ionization. These electrons are scattered in various directions within the through hole 120, and repeat ionization amplification and cumulative ionization.

상기의 현상을 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명한다. 도 2는 도 1에 나타낸 영역 A를 확대한 도면이다. 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 글로우 방전 영역(101)이 형성되어 있고, 캐소드 전극(12)에 형성된 관통 구멍(120) 내부에 할로우 방전 영역(102)이 형성되어 있다. 또한, 애노드 전극(11) 및 캐소드 전극(12)과 글로우 방전 영역(101) 사이에 시스 영역(200)이 각각 형성되어 있다. 또한, 관통 구멍(120) 내부에서, 캐소드 전극(12)과 할로우 방전 영역(102) 사이에 시스 영역(200)이 형성되어 있다. 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이의 간격은 거리 S로 한다.The above phenomenon will be described with reference to Figs. 2 to 5. Fig. 2 is an enlarged view of the area A shown in Fig. A glow discharge region 101 is formed between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 and a hollow discharge region 102 is formed in the through hole 120 formed in the cathode electrode 12. A sheath region 200 is formed between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 and the glow discharge region 101, respectively. A sheath region 200 is formed between the cathode electrode 12 and the hollow discharge region 102 in the through hole 120. [ The distance between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 is a distance S.

도 3에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(120)에 침입한 이온(50)은 시스 영역(200)에 의해 가속되어 캐소드 전극(12)의 내벽면에 충돌한다.3, the ions 50 entering the through hole 120 are accelerated by the sheath region 200 and collide with the inner wall surface of the cathode electrode 12.

벽면으로부터 방사된 2차 전자(60)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 시스 전계에 의해 벽면과 수직 방향으로 가속된다. 가속되어 충분한 에너지를 얻은 2차 전자(60)는 중성 가스 분자(70)에 충돌하고, 전자 눈사태를 일으킨다. 이것에 의해, 관통 구멍(120) 내부의 전자 밀도는 급속히 증대한다.The secondary electrons 60 emitted from the wall surface are accelerated in the direction perpendicular to the wall surface by the sheath electric field, as shown in Fig. The secondary electrons 60 accelerated to obtain sufficient energy collide with the neutral gas molecules 70 and cause electronic avalanche. As a result, the electron density inside the through hole 120 rapidly increases.

도 5에 나타낸 바와 같이, 벽면으로부터 방사된 2차 전자(60) 중에서, 반대 측의 벽면 부근에 도달한 전자(61)는 반대 측의 시스 전계에서 반발하여 플라즈마 중으로 되밀린다. 이것이 진자 운동 효과라고 불리고, 관통 구멍(120) 내에서의 전자의 존재 확률은 비약적으로 증가한다. 이러한 작용에 의해, 관통 구멍(120) 내부는 고전자 밀도로 유지되고, 평행 평판 사이에 형성되는 글로우 방전과는 상이한 플라즈마 구조가 된다.As shown in Fig. 5, among the secondary electrons 60 emitted from the wall surface, the electrons 61 reaching the vicinity of the wall surface on the opposite side are repelled by the opposite side sheath electric field and pushed back into the plasma. This is called a pendulum motion effect, and the probability of existence of electrons in the through hole 120 dramatically increases. By this action, the inside of the through hole 120 is maintained at a high electron density, and the plasma structure is different from the glow discharge formed between the parallel flat plates.

고전자 밀도 영역에 침입한 가스 분자는 전리와 재결합을 반복하고, 재결합 시에는 고휘도의 발광으로서 관측된다. 고밀도 플라즈마 중에서 생성된 전구체(80)는 라디칼 종이며, 전극 전위에 관계없이 관통 구멍(120)의 외측으로 확산하고, 예를 들어, 애노드 전극(11)에 배치된 기판 표면에서 박막을 형성한다.The gas molecules intruding into the high electron density region are repeatedly ionized and recombined, and observed as high-luminance light emission upon recombination. The precursor 80 generated in the high density plasma is a radical species and diffuses out of the through hole 120 regardless of the electrode potential and forms a thin film on the surface of the substrate disposed on the anode electrode 11, for example.

효율적으로 균일한 고전자 밀도를 얻기 위한 관통 구멍(120)의 지름은 압력, 온도, 프로세스 가스 종과 그 전자의 평균 자유 행정으로부터 고찰된다. 관통 구멍(120)의 지름에 대해서는 후술한다.The diameter of the through hole 120 for obtaining a uniform high electron density is considered from the pressure, the temperature, the process gas species, and the mean free path of electrons. The diameter of the through hole 120 will be described later.

또한, 상기한 원리로부터, 캐소드 전극(12)에는 염가이며 가공이 용이하고, 세정 등의 메인티넌스가 용이한 카본재 등이 매우 적합하다. 예를 들어, 불산 처리에 의해, 카본재로 이루어진 캐소드 전극(12)을 세정할 수 있다. 또한, 카본재를 사용함으로써, 플라즈마 처리 공정에서의 고온에 의한 변형이 생기지 않는다. 혹은, 금속 산화막이 용이하게 형성되는 알루미늄 합금 등은 할로우 캐소드 전극에 적합한 재료이다. 그 외에, 카본 섬유가 들어간 카본, 스테인리스 합금, 구리, 구리합금, 유리, 세라믹스 등을 캐소드 전극(12)에 사용할 수 있다. 또는, 상기한 재료에 알루마이트 처리, 도금, 용사로 코팅을 실시하여도 좋다.In addition, from the above-described principle, it is very suitable for the cathode electrode 12 to be a carbon material which is inexpensive, easy to process and easy to clean, such as cleaning. For example, the cathode electrode 12 made of a carbon material can be cleaned by hydrofluoric acid treatment. Further, by using the carbon material, deformation due to the high temperature in the plasma processing step does not occur. Alternatively, an aluminum alloy or the like in which a metal oxide film is easily formed is a material suitable for a hollow cathode electrode. In addition, carbon, stainless alloy, copper, copper alloy, glass, ceramics and the like containing carbon fiber can be used for the cathode electrode 12. Alternatively, the above-described material may be subjected to an alumite treatment, plating, or spray coating.

애노드 전극(11)에 대해서도 카본재가 매우 적합하게 이용된다. 또한, 카본 섬유가 들어간 카본, 알루미늄 합금, 스테인리스 합금, 구리, 구리합금, 유리, 세라믹스 등을 애노드 전극(11)에 사용할 수 있다. 또는, 이러한 재료에 알루마이트 처리, 도금, 용사로 코팅을 실시하여도 좋다.A carbon material is also suitably used for the anode electrode 11. In addition, carbon, an aluminum alloy, a stainless steel alloy, copper, a copper alloy, glass, ceramics, or the like containing carbon fibers can be used for the anode electrode 11. Alternatively, such material may be coated with an alumite treatment, plating, or spraying.

도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 할로우 캐소드 방전이 생기는 다수의 관통 구멍(120)을 캐소드 전극(12)의 표면에 일정한 밀도로 형성함으로써, 캐소드 전극(12)의 양면에서 균일한 고전자 밀도 전계를 용이하게 달성할 수가 있다. 이것은 관통 구멍(120)을 통한 플라즈마의 양극성 확산의 성질에 의해, 캐소드 전극(12)의 양면에서의 플라즈마 밀도의 농담의 차이가 자동으로 보정되기 때문이다.1, a plurality of through holes 120 in which a hollow cathode discharge is generated are formed at a constant density on the surface of the cathode electrode 12, An electron density electric field can be easily achieved. This is because the difference in the density of the plasma density on both sides of the cathode electrode 12 is automatically corrected by the nature of the bipolar diffusion of the plasma through the through hole 120.

이것에 대하여, 도 6에 나타낸 바와 같은, 캐소드 전극(12A)의 표면에 오목부(601)를 형성하고, 오목부(601)의 저면에 가스 분출구(602)를 설치한 비교예를 검토한다. 이 비교예는 캐소드 전극(12A)의 내부로부터 프로세스 가스(100)가 공급되는 샤워 전극을 채용한 예이다. 도 6에 나타낸 비교예에서는, 오목부(601)의 내부가 할로우 캐소드 방전에 의한 고밀도 플라즈마가 생성되는 공간이다. 오목부(601)의 저면에 형성된 매우 작은 지름의 가스 분출구(602)로부터 프로세스 가스(100)를 분출함으로써, 고밀도 플라즈마 공간을 프로세스 가스(100)가 효율적으로 통과하도록 구성되어 있다.On the contrary, a comparative example in which a concave portion 601 is formed on the surface of the cathode electrode 12A as shown in Fig. 6 and a gas jet port 602 is provided on the bottom of the concave portion 601 is examined. In this comparative example, a shower electrode to which the process gas 100 is supplied from the inside of the cathode electrode 12A is employed. In the comparative example shown in Fig. 6, the interior of the concave portion 601 is a space in which high-density plasma due to the hollow cathode discharge is generated. The process gas 100 is efficiently injected into the high-density plasma space by ejecting the process gas 100 from the gas injection port 602 having a very small diameter formed on the bottom surface of the concave portion 601.

그러나, 도 6에 나타낸 비교예에서는, 다수의 오목부(601)에 프로세스 가스(100)를 균일하게 공급하는 것은 곤란하고, 가스 분출구(602)의 개구 지름이나 길이, 프로세스 가스(100)의 유량이나 압력 등에, 여러 가지의 제약이 있다. 또한, 가스 분출구(602)가 극히 매우 작은 지름이기 때문에 막힘을 일으키기 쉽다. 막힘 때문에 프로세스 가스(100)를 도입할 수 없을 경우에는, 막힘을 일으킨 오목부(601)에서는 할로우 캐소드 방전이 생기기 어렵기 때문에, 캐소드 전극(12A)의 전면에서의 방전의 균일성을 유지할 수 없다.6, it is difficult to uniformly supply the process gas 100 to a large number of recesses 601, and it is difficult to uniformly supply the process gas 100 to the recesses 601, And pressure. Further, since the gas jet port 602 has an extremely small diameter, clogging tends to occur. If the process gas 100 can not be introduced due to the clogging, the hollow cathode discharge is unlikely to occur in the concave portion 601 causing the clogging, so that the uniformity of the discharge at the front surface of the cathode electrode 12A can not be maintained .

한편, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 할로우 캐소드 방전에 의한 고밀도 플라즈마가 생성되는 관통 구멍(120) 부근에 안정적으로 프로세스 가스가 흐르게 된다. 이 때문에, 캐소드 전극(12)의 양면의 각각의 전면에서 방전의 균일성이 유지된다.On the other hand, in the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1, a process gas flows stably near the through hole 120 where a high-density plasma is generated by a hollow cathode discharge. Therefore, the uniformity of the discharge is maintained at the respective front surfaces of both surfaces of the cathode electrode 12.

관통 구멍(120)은 캐소드 전극(12)의 표면에 가능한 한 수가 많이 형성하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 육방 최고 조밀 배치 등과 같이, 캐소드 전극(12)의 표면에 개구부가 가장 조밀하게 배치되도록 관통 구멍(120)을 형성한다. 이것에 의해, 캐소드 전극(12)의 표면에 균일하게 고밀도의 플라즈마가 형성된다.It is preferable that the through holes 120 are formed on the surface of the cathode electrode 12 as much as possible. For example, the through holes 120 are formed so that the openings are arranged most densely on the surface of the cathode electrode 12, such as the hexagonal close-packed arrangement. As a result, uniform high-density plasma is formed on the surface of the cathode electrode 12.

도 7에, 관통 구멍(120)의 개구부가 형성된 캐소드 전극(12)의 표면의 예를 나타낸다. 이때, 예를 들어, 도 8에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(120)의 지름이 5 mm인 경우에, 상하 방향으로 인접하는 관통 구멍(120) 사이의 중심간 거리를 3 mm, 경사 방향에 인접하는 관통 구멍(120) 사이의 좌우 방향의 거리를 5.2 mm로 설정한다.7 shows an example of the surface of the cathode electrode 12 having the opening of the through hole 120 formed therein. 8, when the diameter of the through hole 120 is 5 mm, the distance between the centers of the through holes 120 adjacent to each other in the up-and-down direction is set to 3 mm, The distance between the through holes 120 in the left-right direction is set to 5.2 mm.

또한, 도 7에 나타낸 바와 같이, 가스 공급 장치(13)의 프로세스 가스(100)를 분출하는 가스 공급 노즐(130)은 캐소드 전극(12)의 저면을 향하고 있고, 가스 공급 노즐(130)이 복수 있는 경우에는, 캐소드 전극(12)의 저면을 따라 가스 공급 노즐(130)이 배열되어 있다. 가스 공급 노즐(130)을 캐소드 전극(12)의 저면으로 향하게 함으로써, 캐소드 전극(12)의 양면에 거의 균등하게 프로세스 가스(100)를 공급할 수 있다.7, the gas supply nozzle 130 for ejecting the process gas 100 of the gas supply device 13 is directed to the bottom surface of the cathode electrode 12, and a plurality of gas supply nozzles 130 The gas supply nozzle 130 is arranged along the bottom surface of the cathode electrode 12. In this case, The process gas 100 can be supplied substantially uniformly to both surfaces of the cathode electrode 12 by directing the gas supply nozzle 130 to the bottom surface of the cathode electrode 12. [

프로세스 가스(100)가 복수의 종류의 가스를 혼합한 가스인 경우에, 모든 가스를 혼합한 프로세스 가스(100)를 가스 공급 노즐(130)로부터 공급하여도 좋고, 가스의 종류마다 상이한 가스 공급 노즐(130)로부터 가스를 각각 공급하여도 좋다.In the case where the process gas 100 is a gas obtained by mixing a plurality of kinds of gases, the process gas 100 in which all the gases are mixed may be supplied from the gas supply nozzle 130, Gas may be supplied from the gas supply source 130 respectively.

도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에 대하여, 효율적으로 할로우 캐소드 방전을 형성하기 위한 관통 구멍(120)의 사이즈를 결정하기 위하여, 전자의 거동을 검토할 필요가 있다. 이하에, 관통 구멍(120)에서의 전자의 거동을 설명한다.It is necessary to examine the behavior of electrons in order to determine the size of the through hole 120 for efficiently forming the hollow cathode discharge in the plasma processing apparatus 10 shown in Fig. The behavior of electrons in the through hole 120 will be described below.

도 9에, 도 1의 영역 A에서의 방전 상태의 상세한 내용을 나타낸다. 전자는 캐소드 전극(12)에 대하여 데바이 길이 λd보다도 내측으로 침입할 수 없고 반발한다. 또한, 관통 구멍(120)의 내벽면으로부터 방출된 전자는 전자의 평균 자유 행정 부근에서 가스 분자와 1회째의 충돌을 일으키고, 가스 분자를 이온화하여 플라즈마를 생성한다. 도 9에서, 관통 구멍(120)의 직경 d로부터 양측의 데바이 길이 λd를 제외한 거리를 길이 a로 나타내고 있다. 전자의 평균 자유 행정(mean free path)을 b라고 하면, 이하의 식 (1)이 성립한다:Fig. 9 shows details of the discharge state in the region A in Fig. The electrons can not penetrate inwardly of the cathode electrode 12 beyond the deave length lambda d and repel. Further, the electrons emitted from the inner wall surface of the through hole 120 cause a first collision with the gas molecules near the average free path of electrons, and ionize the gas molecules to generate plasma. In Fig. 9, the distance "a" from both sides of the diameter d of the through hole 120, excluding the deck length λd, is represented by the length "a". If the mean free path of the electrons is b, then the following equation (1) holds:

a = 2b + c ㆍㆍㆍ (1)a = 2b + c (1)

식 (1)에서, 길이 c는 관통 구멍(120) 내부의 시스 영역을 제외한 영역의 직경 방향의 거리이다. 관통 구멍(120)의 직경 d는 이하의 식(2)로 나타낸다:In Equation (1), the length c is the distance in the radial direction of the region excluding the sheath region inside the through hole 120. [ The diameter d of the through hole 120 is expressed by the following formula (2)

d = a + 2 × λd = 2b + c + 2 × λd ㆍㆍㆍ (2)d = a + 2 占 d = 2b + c + 2 占 d (2)

c = 0인 경우, 충분한 운동 에너지를 갖는 전자의 이동 공간이 확보될 수 없고, 관통 구멍(120) 내부에 충분한 플라즈마 생성 공간이 확보되지 않게 된다.When c = 0, a movement space of electrons having sufficient kinetic energy can not be secured, and sufficient plasma generation space can not be secured in the through hole 120.

또한, c > 5b와 같이 관통 구멍(120)의 직경 d가 굵은 경우에는, 도 10에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(120) 내부에서 고밀도의 플라즈마가 관통 구멍(120)의 벽면에 달라붙도록 생성된다. 이 때문에, 길이 f로 나타내어지는 관통 구멍(120)의 중심 공간에서, 플라즈마 밀도가 희박하게 되어 버린다.10, when a diameter d of the through hole 120 is large as in c > 5b, a high density plasma is generated inside the through hole 120 so as to stick to the wall surface of the through hole 120 do. Therefore, in the center space of the through hole 120, which is represented by the length f, the plasma density becomes thin.

한편, 도 11에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(120)의 직경 d가 작아지면, 관통 구멍(120) 내의 길이 c로 나타내어지는 전자 이동 범위가 작아진다. 이 때문에, 충분한 플라즈마 공간을 발생할 수 없다.On the other hand, as shown in Fig. 11, as the diameter d of the through hole 120 becomes smaller, the electron moving range represented by the length c in the through hole 120 becomes smaller. For this reason, sufficient plasma space can not be generated.

도 11은 가스종이 암모니아, 온도가 673 K인 경우에 있어서의 할로우 캐소드 방전이 생기는 압력 P, 관통 구멍(120)의 직경 d인 조건을 나타낸 표이다. 도 11에서는, 전자의 평균 자유 행정 Y에 대한 관통 구멍(120)의 직경 d의 비가 2.38, 충돌 횟수가 3.7을 할로우 캐소드 방전이 생기는 조건으로 하였다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 관통 구멍(120)의 직경 d가 작아질수록 길이 c는 작아져서 플라즈마 생성 공간을 확보하는 것이 곤란하게 된다.11 is a table showing conditions under which the gaseous ammonia, the pressure P at which the hollow cathode discharge occurs at a temperature of 673 K, and the diameter d of the through hole 120 is d. 11, the ratio of the diameter d of the through hole 120 to the mean free path Y of electrons is 2.38, and the number of times of collision 3.7 is set as a condition for generating the hollow cathode discharge. As shown in Fig. 11, the smaller the diameter d of the through hole 120 becomes, the smaller the length c becomes, and it becomes difficult to secure the plasma generating space.

길이 c가 최적이면, 충분한 운동 에너지를 가지는 전자의 이동 공간이 확보되어, 또한, 충분한 넓이의 고밀도 플라즈마 공간이 확보된다.If the length c is optimum, a movement space of electrons having sufficient kinetic energy is ensured, and a high-density plasma space of sufficient width is secured.

도 12에, 온도가 673 K일 때의 전자의 평균 자유 행정 Y와 압력 P와의 관계를 나타낸다. 도 12에서, 동그라미 표시가 암모니아(NH3) 가스에서의 평균 자유 행정, 삼각 표시가 모노실란(SiH4) 가스에서의 평균 자유 행정이다. 또한, 도 11에 예시한 압력 P = 67, 87, 130 Pa에서의 평균 자유 행정 Y를, 도 12에서는 탈색한 동그라미 표시 및 삼각 표시로 나타내고 있다.Fig. 12 shows the relationship between the mean free path Y of electrons and the pressure P when the temperature is 673K. In Fig. 12, the circle mark indicates an average free stroke in ammonia (NH 3 ) gas, and the triangular mark indicates an average free stroke in monosilane (SiH 4 ) gas. The mean free stroke Y at the pressures P = 67, 87, and 130 Pa shown in Fig. 11 is represented by a decolored circle display and a triangular display in Fig.

또한, 데바이 길이 λd와 전자 온도 Te, 및 전자 밀도 ne의 관계는 이하의 식 (3)으로 나타낸다:Further, the relationship between the debye length lambda d, the electron temperature Te, and the electron density ne is expressed by the following formula (3): < EMI ID =

λd = 7.4×103×(Te/ne)1/2 ㆍㆍㆍ(3)? d = 7.4 × 10 3 × (Te / ne) 1/2 (3)

도 13에, 데바이 길이 λd의 계산치의 예를 나타낸다. 여기에서는, 일반적인 고밀도 글로우 방전 플라즈마의 전자 온도와 전자 밀도를 이용하여 데바이 길이 λd를 산출하였다. 또한, 가스 분자의 평균 자유 행정 λg는 식 (4), 전자의 평균 자유 행정 λe는 식 (5)로 각각 나타낸다:Fig. 13 shows an example of a calculated value of the debue length lambda d. In this case, the electron density and the electron temperature of a general high-density glow discharge plasma were used to calculate a debub length lambda d. The average free path lambda g of the gas molecules is represented by equation (4) and the mean free path lambda e of electrons is represented by equation (5), respectively:

λg = 3.11×10-24×T4/(P×D) ㆍㆍㆍ(4) λg = 3.11 × 10 -24 × T 4 / (P × D) and and and (4)

λe = λg×4×21/2 ㆍㆍㆍ(5)? e =? g x 4 x 2 1/2 (5)

식 (4)에서, T는 분위기 온도(K), P는 압력(Pa), D는 가스 분자의 직경(m)이다.In the equation (4), T is the atmospheric temperature (K), P is the pressure (Pa), and D is the diameter (m) of the gas molecules.

상기한 바와 같이 최적인 길이 c를 설정함으로써, 관통 구멍(120)의 직경 d를 결정할 수 있다. 즉, 소정의 압력, 분위기 온도, 가스 종에 의해, 가장 효율적으로 할로우 캐소드 방전이 생기도록 전용 설계된 캐소드 전극(12)을 준비할 수가 있다.By setting the optimal length c as described above, the diameter d of the through hole 120 can be determined. That is, it is possible to prepare the cathode electrode 12 specially designed to generate the hollow cathode discharge most efficiently by the predetermined pressure, the ambient temperature, and the gas species.

도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 관통 구멍(120)의 내부에서 가장 효율적으로 전자의 진자 운동 효과를 이용하여 할로우 캐소드 방전을 생기게 하는 것이 필요하다. 이때, 전자의 평균 자유 행정은 분위기 온도와 압력, 가스 분자의 크기로 결정된다. 발명자 등은 다수의 관통 구멍(120)을 형성한 캐소드 전극(12)을 사용하여, 모노실란(SiH4) 가스와 암모니아(NH3) 가스의 혼합 가스를 프로세스 가스(100)로 이용하여 실험을 행하였다. 분위기 온도 T를 350℃ ~ 450℃, 압력 P를 67 Pa로 설정하였을 경우에, 관통 구멍(120)의 직경이 5.0 mm, 캐소드 전극(12)의 두께, 즉 관통 구멍(120)의 길이 t가 5 mm, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 간의 거리 S가 16 mm일 때에 캐소드 전극(12)의 양면에 균일한 멀티 할로우 방전을 얻을 수가 있었다. 「멀티 할로우 방전」이란 각 관통 구멍(120)에 각각 생긴 할로우 캐소드 방전이 합쳐져서 캐소드 전극(12)의 표면에 생긴 방전이다.In the plasma processing apparatus 10 shown in Fig. 1, it is necessary to generate a hollow cathode discharge by using the effect of the pendulum motion of electrons most efficiently in the through hole 120. Fig. At this time, the mean free path of electrons is determined by the atmospheric temperature, the pressure, and the size of the gas molecules. The inventors of the present invention conducted an experiment using a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) gas and ammonia (NH 3 ) gas as the process gas 100 by using the cathode electrode 12 having a plurality of through holes 120 . The diameter of the through hole 120 is 5.0 mm and the thickness of the cathode electrode 12, that is, the length t of the through hole 120 is set to be 5.0 mm when the atmospheric temperature T is set to 350 ° C to 450 ° C and the pressure P is set to 67 Pa 5 mm and a distance S between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 was 16 mm, a uniform multi-hollow discharge could be obtained on both sides of the cathode electrode 12. The term " multi-hollow discharge " refers to a discharge generated on the surface of the cathode electrode 12 by combining the hollow cathode discharge formed in each of the through holes 120.

또한, 관통 구멍(120)의 직경이 3.9 mm, 2.9 mm인 경우에는, 도 11에 나타낸 바와 같이, 압력 P가 각각 87 Pa, 130 Pa 부근에서 균일한 멀티 할로우 방전이 얻어졌다. 이것은, 분위기 온도 T가 400 ℃일 때, 모노실란 가스 중의 전자의 평균 자유 행정의 4.72배, 암모니아 가스 중의 전자의 평균 자유 행정의 2.38배가 된다(모노실란 가스 중의 전자의 평균 자유 행정과 암모니아 가스 중의 전자의 평균 자유 행정의 비는 1.98이다.).Further, when the diameter of the through hole 120 was 3.9 mm and 2.9 mm, a uniform multi-hollow discharge was obtained at a pressure P of approximately 87 Pa and 130 Pa, respectively, as shown in Fig. This is 4.72 times the mean free path of electrons in the monosilane gas and 2.38 times the mean free path of electrons in the ammonia gas when the ambient temperature T is 400 DEG C (the mean free path of electrons in the monosilane gas and the electron The ratio of the mean free path of 1.98).

실제로는 프로세스 가스(100)로 혼합 가스를 사용하기 때문에, 가스 유량비가 많은 암모니아 가스 중의 전자의 평균 자유 행정을 기준으로 관통 구멍(120)의 직경 d를 시산(試算) 하였다. 구체적으로는, 모노실란 가스와 암모니아 가스의 혼합 가스를 사용하고, 분위기 온도 T가 400℃, 압력 P가 67 Pa일 때, 관통 구멍(120)의 직경 d를 5 mm로 하여, 캐소드 전극(12)의 양면에 균일한 멀티 할로우 방전이 얻어진다. CVD의 프로세스 가스는 통상, 모노실란, 수소, 질소 등의 가스종이 혼합하여 도입되지만, 관통 구멍(120) 직경의 검토에서는 혼합 가스 중에서 가장 평균 자유 행정이 긴 가스 종에 착안하여, 관통 구멍(120)의 직경의 최적치를 이끌어 내었다.In practice, since the mixed gas is used as the process gas 100, the diameter d of the through hole 120 is calculated based on the average free stroke of electrons in the ammonia gas having a large gas flow rate ratio. Specifically, when a mixed gas of monosilane gas and ammonia gas is used and the diameter d of the through hole 120 is 5 mm when the ambient temperature T is 400 ° C and the pressure P is 67 Pa, Uniform multi-hollow discharge is obtained on both sides of the discharge space. The CVD process gas is usually mixed with gas species such as monosilane, hydrogen, and nitrogen. However, in consideration of the diameter of the through hole 120, attention is focused on the gas species having the longest average free stroke in the mixed gas, Lt; / RTI > diameter.

또한, 가공의 용이함이나, 소망하는 압력으로 멀티 할로우 방전을 얻기 위해서는, 관통 구멍(120)의 직경 d를 3.8 mm ~ 8.0 mm정도로 하는 것이 바람직하다. 이들 치수는 샤워 전극을 제조하기 위해 필요한 0.3 mm ~ 0.4 mm의 구멍을 형성하는 것보다도 용이하다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치(10)의 제조 코스트를 저감할 수가 있다.Further, in order to obtain easy processing and a multi-hollow discharge at a desired pressure, it is preferable that the diameter d of the through hole 120 is set to about 3.8 mm to 8.0 mm. These dimensions are easier than forming the holes of 0.3 mm to 0.4 mm necessary for manufacturing shower electrodes. Therefore, the manufacturing cost of the plasma processing apparatus 10 can be reduced.

또한, 상기에서는 관통 구멍(120)의 단면이 원형인 예를 나타내었다. 그러나, 관통 구멍(120)의 단면이 개략 직경이 3.8 mm ~ 8.0 mm 정도의 다각형이어도 좋다.In the above example, the cross section of the through hole 120 is circular. However, the cross-section of the through hole 120 may be a polygon having a rough diameter of about 3.8 mm to 8.0 mm.

또한, 장축 방향에 따른 단면 형상이 서로 동일한 다수의 관통 구멍(120)을 캐소드 전극(12)에 형성하여도 좋고, 혹은, 장축 방향에 따른 단면 형상의 사이즈 또는 형상이 서로 상이한 관통 구멍(120)을 혼재시켜서 형성하여도 좋다. 직경 d가 상이한 관통 구멍(120)을 혼재시킴으로써, 압력이나 온도, 가스 종 등이 상이한 복수의 조건에서, 각각 멀티 할로우 방전을 얻을 수가 있다.A plurality of through holes 120 having the same cross sectional shape along the major axis direction may be formed in the cathode electrode 12 or a plurality of through holes 120 having different cross- May be formed in a mixed manner. By mixing the through holes 120 having different diameters d, a multi-hollow discharge can be obtained under a plurality of conditions in which pressure, temperature, gas species, and the like are different.

관통 구멍(120)의 장축 방향의 길이, 즉, 캐소드 전극(12)의 두께 t는, 할로우 캐소드 방전이 발생하기 쉽도록 3 mm ~ 10 mm 정도, 바람직하게는 5 mm 정도로 설정된다.The length of the through hole 120 in the long axis direction, that is, the thickness t of the cathode electrode 12 is set to about 3 mm to 10 mm, preferably about 5 mm, so that a hollow cathode discharge easily occurs.

애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 간의 거리 S는 10 mm ~ 40 mm 정도가 바람직하다. 이것에 의해, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 균일하게 플라즈마를 발생할 수 있다.The distance S between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 is preferably about 10 mm to 40 mm. As a result, plasma can be uniformly generated between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12.

도 6에 나타낸 비교예 등의 종래 방법에서는, 할로우 캐소드 방전에 의한 고밀도 플라즈마가 생성되는 오목부(601)로부터 샤워와 같이 프로세스 가스(100)가 균일하게 방출되는 것에서 시작하여, 캐소드 전극(12A)의 전면에서 플라즈마의 균일성을 얻을 수가 있다.In the conventional method such as the comparative example shown in Fig. 6, starting from the uniform discharge of the process gas 100 like a shower from the concave portion 601 in which the high-density plasma is generated by the hollow cathode discharge, The uniformity of the plasma can be obtained at the front surface of the plasma display panel.

이것에 대하여, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 캐소드 전극(12)을 통하지 않고 프로세스 가스(100)가 도입된다. 관통 구멍(120)의 직경 d가 샤워 전극에 필요한 구멍의 직경보다도 상당히 크기 때문에, 막힘의 걱정이 없고, 또한, 메인티넌스도 용이하다.On the other hand, in the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1, the process gas 100 is introduced without passing through the cathode electrode 12. Since the diameter d of the through hole 120 is considerably larger than the diameter of the hole required for the shower electrode, there is no fear of clogging and maintenance is also easy.

플라즈마 처리 장치(10)에서는, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에, 하방으로부터 상방을 향해 프로세스 가스(100)를 도입하는 것이 바람직하다. 하방으로부터 프로세스 가스(100)를 도입함으로써, 비중이 가벼운 플라즈마화 한 가스 분자, 라디칼 입자는 상방 흐름으로서 캐소드 전극(12)의 표면을 자연스럽게 흘러 올라간다. 따라서, 샤워 전극과 같은 복잡한 구조를 이용하지 않아도, 캐소드 전극(12)의 표면에 프로세스 가스가 균일하게 공급된다. 또한, 할로우 캐소드 방전에 의한 고밀도 플라즈마가 생성되는 공간이 관통 구멍(120)이기 때문에, 캐소드 전극(12)의 겉과 속에서 플라즈마의 연속성이 확보되어 있고, 상호적으로 플라즈마 밀도의 농담이 자동 보정된다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 캐소드 전극(12)의 양면에서 균일한 고밀도의 플라즈마 생성이 가능하다.The plasma processing apparatus 10 preferably introduces the process gas 100 between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 from the lower side toward the upper side. By introducing the process gas 100 from below, the gas molecules and the radical particles, which are made into plasma with a small specific gravity, naturally flow over the surface of the cathode electrode 12 as an upward flow. Therefore, the process gas is uniformly supplied to the surface of the cathode electrode 12 without using a complicated structure such as a shower electrode. Since the space through which the high-density plasma is generated by the hollow cathode discharge is the through-hole 120, the continuity of the plasma is ensured inside and outside the cathode electrode 12, and the density of the plasma density is compensated automatically do. Therefore, in the plasma processing apparatus 10, uniform high-density plasma can be generated on both surfaces of the cathode electrode 12.

또한, 프로세스 가스(100)가 원활하게 흐르도록, 캐소드 전극(12)의 표면은 매끄러운 것이 바람직하고, 관통 구멍(120)의 내부 표면을 제외하고, 표면 거칠기를 3 ㎛ 이하로 마무리한다. 예를 들어, 마무리 기호가 「▽▽▽」로 나타낼 정도로 캐소드 전극(12)의 표면을 평탄하게 한다. 즉, 최대 높이 Ry가 6.3 S, 10점 평균 거칠기 Rz가 6.3 Z, 산술 평균 거칠기 Ra가 1.6 a보다 작게 하는 것이 바람직하다. 캐소드 전극(12)의 표면 거칠기를 작게 함으로써, 기판(1)에 형성되는 박막의 성막 속도를 올릴 수가 있다.It is preferable that the surface of the cathode electrode 12 is smooth so that the process gas 100 flows smoothly and the surface roughness is finished to 3 탆 or less except for the inner surface of the through hole 120. For example, the surface of the cathode electrode 12 is flattened so that the finish symbol is represented by " < " > That is, it is preferable that the maximum height Ry is 6.3 S, the 10-point average roughness Rz is 6.3 Z, and the arithmetic mean roughness Ra is less than 1.6 a. By decreasing the surface roughness of the cathode electrode 12, the deposition rate of the thin film formed on the substrate 1 can be increased.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 발명의 제 1 실시 형태에 따른 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 캐소드 전극(12)에 관통 구멍(120)을 형성함으로써, 캐소드 전극(12)의 양면에서 균일하고 고밀도인 플라즈마를 안정적으로 생성할 수가 있다. 도한, 수천 개 이상의 미세 구멍 가공이 필요한 샤워 전극을 이용한 장치와 비교하여, 플라즈마 처리 장치(10)의 제조 기간이 짧고, 제조 수율이 향상된다. 이 때문에, 플라즈마 처리 장치(10)의 제조 코스트의 증대가 억제된다.As described above, according to the plasma processing apparatus 10 of the first embodiment of the present invention, the through holes 120 are formed in the cathode electrode 12, It is possible to stably generate plasma. The manufacturing period of the plasma processing apparatus 10 is short and the production yield is improved as compared with an apparatus using a shower electrode requiring processing of several thousand or more fine holes. Therefore, an increase in the manufacturing cost of the plasma processing apparatus 10 is suppressed.

또한, 플라즈마 처리 장치(10)에 의하면, 교류 전원(14)이 공급하는 교류 전력의 주파수에 관계없이, 대면적으로 균일한 고밀도 플라즈마의 생성이 가능하다. 교류 전원(14)이 공급하는 교류 전력의 주파수를, 예를 들어, 60 Hz ~ 27 MHz 정도로 설정하여도, 균일하고 고밀도인 플라즈마를 생성할 수 있다. 즉, 고가의 VHF 대역의 교류 전력을 공급하는 교류 전원을 사용할 필요가 없다. 이것에 대하여, 종래의 평행 평판형의 플라즈마 처리 장치에서는, 대면적으로 고밀도의 용량 결합 고주파 방전을 위해서는, 예를 들어, 13.56 MHz의 RF 대역의 주파수를 대신하여, 플라즈마 밀도의 향상과 정재파에 의한 플라즈마 밀도의 불균일을 해소하기 위하여, 13.56 MHz 이상의 27 MHz 등의 VHF 대역의 주파수를 사용할 필요가 있었다.Further, according to the plasma processing apparatus 10, it is possible to generate a high-density plasma uniformly in a large area irrespective of the frequency of the alternating-current power supplied from the alternating-current power supply 14. Uniform and high-density plasma can be generated even when the frequency of the alternating-current power supplied by the alternating-current power supply 14 is set to, for example, about 60 Hz to 27 MHz. In other words, there is no need to use an AC power supply for supplying AC power in the expensive VHF band. On the other hand, in the conventional parallel plate type plasma processing apparatus, in order to perform high-density capacitive coupling high-frequency discharge in a large area, for example, instead of the frequency of 13.56 MHz in the RF band, In order to solve the unevenness of the plasma density, it was necessary to use the frequency of the VHF band such as 27 MHz or more of 13.56 MHz or more.

플라즈마 처리 장치(10)에서는, 예를 들어, 250 KHz와 같은 염가의 저주파 RF 대역이어도, VHF 대역의 교류 전원을 사용하는 종래의 플라즈마 처리 장치와 동등 이상의 고밀도 플라즈마를 얻을 수가 있다.In the plasma processing apparatus 10, even inexpensive low frequency RF band such as 250 KHz, it is possible to obtain a high density plasma equal to or higher than that of the conventional plasma processing apparatus using the AC power of the VHF band.

또한, 교류 전원(14)이 출력하는 교류 전력을, 펄스 제너레이터를 통해 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 공급하여도 좋다. 예를 들어, 펄스 제너레이터의 출력을 캐소드 전극(12)에 공급하고, 애노드 전극(11)을 접지한다. 교류 전력의 공급을 일정한 주기로 정지함으로써 플라즈마가 안정적으로 형성된다. 이것은 교류 전력의 공급에 정지 기간을 마련함으로써 전자의 온도가 내려가고, 방전의 안정성이 향상되기 때문이다.The AC power output from the AC power supply 14 may be supplied between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 through the pulse generator. For example, the output of the pulse generator is supplied to the cathode electrode 12, and the anode electrode 11 is grounded. The plasma is stably formed by stopping the supply of the AC power at a constant cycle. This is because the temperature of the electrons is lowered and the stability of discharge is improved by providing a stop period for supplying AC power.

예를 들어, 교류 전력을 공급하는 온 시간을 600 μ초, 교류 전력의 공급을 정지하는 오프 시간을 50 μ초로 하여, 온 시간과 오프 시간을 교대로 반복하도록 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이에 교류 전력이 공급된다. 또한, 온 시간은 100 μ초 ~ 1000 μ초 정도, 오프 시간은 10 μ초 ~ 100 μ초 정도의 범위에서 설정되는 것이 바람직하다.For example, the anode electrode 11 and the cathode electrode 11 may be alternately arranged such that the on-time for supplying AC power is 600 microseconds and the off-time for stopping the supply of AC power is 50 microseconds, 12 are supplied with AC power. It is preferable that the on-time is set in the range of about 100 μsec to 1000 μsec, and the off-time is set in the range of about 10 μsec to 100 μsec.

상기한 바와 같이 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이로의 교류 전력의 공급을 펄스 제어하여, 교류 전력의 공급을 주기적으로 온ㆍ오프시킴으로써, 이상 방전의 발생을 억제할 수 있다.As described above, the supply of the AC power between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 is pulse-controlled, and the supply of the AC power is periodically turned on and off, thereby suppressing the generation of the abnormal discharge.

<제 1 변형예><First Modification>

도 14에, 애노드 전극(11)이 1개인 경우에 있어서의 플라즈마 처리 장치(10)의 예를 나타낸다. 도 14에 나타낸 바와 같이 캐소드 전극(12)의 한쪽의 표면에만 플라즈마를 여기할 경우에는, 캐소드 전극(12)의 플라즈마를 여기하지 않는 면으로부터 거리 k인 위치에 캐소드 배판(背板)(121)을 배치한다. 이때, 캐소드 전극(12)과 캐소드 배판(121) 사이에 플라즈마가 발생하지 않도록, k < b(b : 전자의 평균 자유 행정)가 되도록 거리 k를 설정한다. 이때, 캐소드 전극(12)과 캐소드 배판(121)에 교류 전원(14)으로부터 교류 전력이 공급된다. 또한, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12) 사이, 및 캐소드 전극(12)과 캐소드 배판(121) 사이에 프로세스 가스(100)가 도입된다.Fig. 14 shows an example of the plasma processing apparatus 10 in the case where one anode electrode 11 is provided. 14, when the plasma is excited to only one surface of the cathode electrode 12, the cathode back plate 121 is formed at a position of distance k from the surface of the cathode electrode 12 not exciting the plasma, . At this time, the distance k is set so that k < b (b: electron mean free path) so that no plasma is generated between the cathode electrode 12 and the cathode back plate 121. At this time, AC power is supplied from the AC power source 14 to the cathode electrode 12 and the cathode back plate 121. The process gas 100 is introduced between the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 and between the cathode electrode 12 and the cathode back plate 121. [

<제 2 변형예>&Lt; Second Modified Example &

플라즈마 처리 장치(10)이, 복수의 캐소드 전극(12)를 가지는 예를 그림 15에 나타낸다. 그림 15에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 애노드 전극(11)으로 캐소드 전극(12)가 교대로 배치되어 한편, 가장 외측에는 애노드 전극(11)이 배치되고 있다. 이 때문에, 애노드 전극(11)의 매수는 캐소드 전극(12)보다 1매 많다. 도 15에서는 캐소드 전극(12)이 3매인 예를 나타내었지만, 캐소드 전극(12)의 매수가 3매로 한정되지 않는 것은 물론이다.An example in which the plasma processing apparatus 10 has a plurality of cathode electrodes 12 is shown in Fig. In the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 15, the cathode electrodes 12 are alternately arranged as the anode electrodes 11, while the anode electrodes 11 are disposed as the outermost ones. Therefore, the number of the anode electrodes 11 is one more than that of the cathode electrodes 12. Although FIG. 15 shows an example in which the number of the cathode electrodes 12 is three, it goes without saying that the number of the cathode electrodes 12 is not limited to three.

도 15에 나타낸 구성을 채용함으로써, 애노드 전극(11)과 캐소드 전극(12)에 형성되는 플라즈마 영역의 수를 늘릴 수가 있다. 이것에 의해, 플라즈마 처리 장치(10)의 처리 능력이 향상된다.15, the number of plasma regions formed in the anode electrode 11 and the cathode electrode 12 can be increased. As a result, the processing capability of the plasma processing apparatus 10 is improved.

(제 2 실시 형태)(Second Embodiment)

도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)는 플라즈마 화학 기상 성장(CVD) 장치, 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 애싱 장치 등에 적용 가능하다.The plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 can be applied to a plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus, a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus, and the like.

도 16에, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)를 플라즈마 CVD 장치에 사용한 예를 나타낸다. 애노드 전극(11) 및 캐소드 전극(12)은 챔버(20) 내에 배치되고, 애노드 전극(11) 상에 성막 처리 대상의 기판(1)이 배치되어 있다. 애노드 전극(11)은 접지되어 있다.16 shows an example in which the plasma processing apparatus 10 shown in Fig. 1 is used in a plasma CVD apparatus. The anode electrode 11 and the cathode electrode 12 are disposed in the chamber 20 and the substrate 1 to be film-formed is disposed on the anode electrode 11. The anode electrode 11 is grounded.

프로세스 가스(100)로서 성막용의 원료 가스를 포함하는 가스가 사용되고, 가스 공급 장치(13)로부터 가스 공급 노즐(130)을 통해 챔버(20) 내에 프로세스 가스(100)가 도입된다.A gas containing a raw material gas for film formation is used as the process gas 100 and the process gas 100 is introduced into the chamber 20 from the gas supply device 13 through the gas supply nozzle 130.

챔버(20) 내의 압력은 커패시턴스 게이지 등의 압력 측정기(16)에 의해 측정되고, 챔버(20)를 진공 배기하는 배기 펌프이며 배기 속도를 조정하는 배기 속도 제어부(APC)(15)에 의해 챔버(20) 내의 압력이 조정된다. 챔버(20) 내의 프로세스 가스(100)의 압력이 소정의 가스압으로 조정된 후, 교류 전원(14)에 의해 소정의 교류 전력이 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(11) 사이에 공급된다. 이것에 의해, 챔버(20) 내의 프로세스 가스(100)가 플라즈마화 된다. 형성된 플라즈마에 기판(1)을 쪼임으로써, 원료 가스에 포함되는 원료를 주성분으로 하는 소망하는 박막이 기판(1)의 노출한 표면에 형성된다.The pressure in the chamber 20 is measured by a pressure gauge 16 such as a capacitance gauge and is an exhaust pump for evacuating the chamber 20 and is controlled by an exhaust speed control unit (APC) 20 are adjusted. The predetermined AC power is supplied between the cathode electrode 12 and the anode electrode 11 by the AC power source 14 after the pressure of the process gas 100 in the chamber 20 is adjusted to the predetermined gas pressure. This causes the process gas 100 in the chamber 20 to be plasmaized. A desired thin film mainly composed of the raw material contained in the source gas is formed on the exposed surface of the substrate 1 by squeezing the substrate 1 into the formed plasma.

또한, 도 16에 나타내는 기판 가열 히터(21)에 의해, 성막 처리 중인 기판(1)의 온도를 설정하여도 좋다. 성막 처리 중인 기판(1)의 온도를 소정의 온도로 설정함으로써, 성막 속도를 빠르게 하거나 막 품질을 향상시키거나 할 수가 있다.The temperature of the substrate 1 during film formation may be set by the substrate heating heater 21 shown in Fig. By setting the temperature of the substrate 1 during film formation to a predetermined temperature, it is possible to increase the film formation speed and improve the film quality.

이미 설명한 바와 같이, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)에서는, 캐소드 전극(12)의 표면에 균일한 고밀도의 플라즈마가 생성된다. 이 때문에, 도 16에 나타낸 플라즈마 CVD 장치에 의하면, 원료 가스가 효율적으로 분해되어, 고속이며 대면적으로 박막이 기판(1) 상에 균일하게 형성된다. 따라서, 형성되는 막의 막 두께, 막 품질의 균일성이 향상됨과 동시에, 성막 속도가 향상된다.As described above, in the plasma processing apparatus 10 shown in Fig. 1, uniform high-density plasma is generated on the surface of the cathode electrode 12. Fig. For this reason, according to the plasma CVD apparatus shown in Fig. 16, the raw material gas is efficiently decomposed, and a thin film is uniformly formed on the substrate 1 at a high speed and with a large area. Therefore, the uniformity of film thickness and film quality of the film to be formed is improved, and the film forming speed is improved.

플라즈마 처리 장치(10)를 채용한 플라즈마 CVD 장치에 의해, 원료 가스를 적절하게 선택함으로써, 소망하는 박막을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실리콘 반도체 박막, 실리콘 질화 박막, 실리콘 산화 박막, 실리콘 산질화 박막, 카본 박막 등을 기판(1) 상에 형성할 수가 있다. 구체적으로는, 암모니아(NH3) 가스와 모노실란(SiH4) 가스의 혼합 가스를 이용하여, 기판(1) 상에 질화 실리콘(SiN) 막이 형성된다. 혹은, 모노실란(SiH4) 가스와 N2O 가스의 혼합 가스를, 또는 TEOS 가스와 산소 가스를 이용하여, 기판(1) 상에 산화 실리콘(SiOx) 막이 형성된다.A desired thin film can be formed by appropriately selecting the source gas by the plasma CVD apparatus employing the plasma processing apparatus 10. [ For example, a silicon semiconductor thin film, a silicon nitride thin film, a silicon oxide thin film, a silicon oxynitride thin film, a carbon thin film, or the like can be formed on the substrate 1. Specifically, a silicon nitride (SiN) film is formed on the substrate 1 by using a mixed gas of ammonia (NH 3 ) gas and monosilane (SiH 4 ) gas. Alternatively, a silicon oxide (SiO x ) film is formed on the substrate 1 by using a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) gas and N 2 O gas, or using TEOS gas and oxygen gas.

도 17에, 캐소드 전극(12)에 장착된 교류 전원(14)과는 별도로, 애노드 전극(11)에 교류 전원(17)을 장착한 예를 나타낸다. 애노드 전극(11)에 교류 전력을 공급함으로써, 기판(1)에 형성되는 박막의 막 품질을 향상시킬 수 있다. 교류 전원(17)이 공급하는 교류 전력의 주파수는 교류 전원(14)이 공급하는 교류 전력의 주파수와 동등하거나, 혹은 낮아도 좋다. 예를 들어, 교류 전원(17)이 공급하는 교류 전력의 주파수는 60 Hz ~ 27 MHz 정도로 설정된다.17 shows an example in which an AC power source 17 is mounted on the anode electrode 11 separately from the AC power source 14 mounted on the cathode electrode 12. [ By supplying AC power to the anode electrode 11, the film quality of the thin film formed on the substrate 1 can be improved. The frequency of the alternating-current power supplied by the alternating-current power supply 17 may be equal to or lower than the frequency of the alternating-current power supplied by the alternating-current power supply 14. For example, the frequency of the alternating-current power supplied by the alternating-current power supply 17 is set to about 60 Hz to 27 MHz.

또한, 교류 전원(14)으로부터는 교류 전력을 공급하지 않고, 교류 전원(17)으로부터만 교류 전력을 공급함으로써, 애노드 전극(11)을 클리닝 할 수 있다. 구체적으로는, 스퍼터용의 가스를 챔버(20) 내에 도입하고, 교류 전원(17)으로부터 교류 전력을 공급하면서의 스퍼터 에칭에 의해 애노드 전극(11)을 클리닝 한다.The anode electrode 11 can be cleaned by supplying AC power only from the AC power supply 17 without supplying AC power from the AC power supply 14. Specifically, the gas for sputtering is introduced into the chamber 20, and the anode electrode 11 is cleaned by sputter etching while AC power is supplied from the AC power source 17.

또한, 도 14에 나타낸 바와 같은 애노드 전극(11)이 1개인 경우에, 캐소드 전극(12)과 애노드 전극(11)에 각각 교류 전원(14, 17)을 장착한 도 18에 나타내는 플라즈마 처리 장치(10)를, 플라즈마 CVD 장치에 사용하여도 좋다. 또한, 이미 설명한 바와 같이, k < b가 되도록, 캐소드 전극(12)의 플라즈마를 여기하지 않는 면으로부터 캐소드 배판(121)까지의 거리 k가 설정된다.14 in which the cathode electrodes 12 and the anode electrodes 11 are respectively provided with the AC power sources 14 and 17 in the case of one anode electrode 11 as shown in Fig. 10) may be used for the plasma CVD apparatus. Further, as described above, the distance k from the surface of the cathode electrode 12 that does not excite the plasma to the cathode plate 121 is set so that k < b.

또한, 도 15에 나타낸 바와 같은 복수의 캐소드 전극(12)을 가지는 플라즈마 처리 장치(10)를 플라즈마 CVD 장치에 적용함으로써, 한 번에 성막하는 기판의 수가 증대하여, 성막 처리 능력을 향상시킬 수가 있다.Further, by applying the plasma processing apparatus 10 having a plurality of cathode electrodes 12 as shown in Fig. 15 to a plasma CVD apparatus, the number of substrates to be formed at one time increases, and the film forming ability can be improved .

도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)를 플라즈마 CVD 장치에 적용한 예를 이상으로 설명하였다. 도 15나 도 16에 나타낸 구성으로, 프로세스 가스(100)의 가스 종을 교체함으로써, 도 1에 나타낸 플라즈마 처리 장치(10)를 플라즈마 에칭 장치나 플라즈마 애싱 장치 등에 적용 가능하다.An example in which the plasma processing apparatus 10 shown in Fig. 1 is applied to a plasma CVD apparatus has been described above. The plasma processing apparatus 10 shown in Fig. 1 can be applied to a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus or the like by replacing the gas species of the process gas 100 with the configuration shown in Fig. 15 or Fig.

예를 들어, 플라즈마 에칭용 가스를 프로세스 가스(100)로서 챔버(20) 내에 도입함으로써, 기판(1) 상에 형성된 막을 에칭 제거하는 플라즈마 에칭 장치를 실현할 수 있다. 플라즈마 에칭용 가스는 에칭 대상의 재료에 의해 적절하게 선택되지만, 예를 들어, 3불화질소(NF3) 가스나 4불화탄소(CF4) 가스 등의 불소계 가스를 채용 가능하다.For example, by introducing a plasma etching gas into the chamber 20 as the process gas 100, a plasma etching apparatus for etching off a film formed on the substrate 1 can be realized. The plasma etching gas is appropriately selected depending on the material to be etched. For example, a fluorine-based gas such as nitrogen trifluoride (NF 3 ) gas or carbon tetrafluoride (CF 4 ) gas can be employed.

또한, 플라즈마 애싱용 가스를 프로세스 가스(100)로서 챔버(20) 내에 도입함으로써, 플라즈마 처리 장치(10)를 이용한 플라즈마 애싱 장치를 실현할 수 있다. 예를 들어, 프로세스 가스(100)로서 산소 및 아르곤 가스를 사용함으로써, 에칭용 마스크로서 기판(1)에 형성된 카본막이나 포토레지스트(photoresist)막 등을 애싱할 수 있다.In addition, by introducing the plasma ashing gas into the chamber 20 as the process gas 100, the plasma ashing apparatus using the plasma processing apparatus 10 can be realized. For example, by using oxygen and argon gas as the process gas 100, a carbon film, a photoresist film, or the like formed on the substrate 1 as an etching mask can be ashed.

이상으로 설명한 바와 같이, 캐소드 전극(12)의 양면에서 균일하고 고밀도인 플라즈마를 안정적으로 생성할 수가 있는 플라즈마 처리 장치(10)를 사용함으로써, 플라즈마 CVD 장치, 플라즈마 에칭 장치, 플라즈마 애싱 장치 등의 처리 속도나 정밀도를 향상시킬 수 있다.As described above, by using the plasma processing apparatus 10 capable of stably generating a uniform and high-density plasma on both surfaces of the cathode electrode 12, the plasma processing apparatus 10, the plasma etching apparatus, the plasma ashing apparatus, Speed and precision can be improved.

상기한 바와 같이, 본 발명은 제 1 및 제 2 실시 형태에 의해 기재하였지만, 이 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 이 발명을 한정하는 것이라고 이해해야 하는 것은 아니다. 이 개시로부터 당업자에게는 다양한 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 분명해질 것이다. 즉, 본 발명은 여기에서는 기재하고 있지 않은 다양한 실시 형태 등을 포함하는 것은 물론이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 상기한 설명으로부터 타당한 청구의 범위에 따른 발명 특정 사항에 의해서만 정해지는 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to the first and second embodiments, but the description and the drawings constituting a part of this disclosure are not to be construed as limiting the present invention. Various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art from this disclosure. In other words, it goes without saying that the present invention includes various embodiments not described here. Accordingly, the technical scope of the present invention should be determined only by the inventive subject matter in accordance with the scope of the appended claims from the above description.

산업상의 이용가능성Industrial availability

본 발명의 플라즈마 처리 장치는 캐소드 전극의 양면에 균일하고 고밀도인 플라즈마를 생성하는 용도로 이용 가능하다.The plasma processing apparatus of the present invention can be used for generating a uniform and high-density plasma on both sides of a cathode electrode.

Claims (13)

기판을 장착하는 애노드 전극과,
상기 애노드 전극에 대향하도록 배치되고, 대향하는 면에 개구부가 설치된 관통 구멍을 가지는 캐소드 전극과,
상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 프로세스 가스를 도입하는 가스 공급 장치와,
상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 교류 전력을 공급하여, 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에서 상기 프로세스 가스를 플라즈마 상태로 하는 교류 전원을 구비하며,
상기 캐소드 전극의 상기 개구부가 설치된 양면에 각각 대향하여 상기 애노드 전극이 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
An anode electrode for mounting a substrate,
A cathode electrode disposed so as to face the anode electrode and having a through hole provided with an opening in an opposite surface,
A gas supply device for introducing a process gas between the anode electrode and the cathode electrode,
And an AC power supply for supplying AC power between the anode electrode and the cathode electrode to bring the process gas into a plasma state between the anode electrode and the cathode electrode,
Wherein the anode electrode is disposed opposite to both sides of the cathode electrode where the opening is provided.
청구항 1에 있어서,
상기 가스 공급 장치가, 상기 프로세스 가스를 하방으로부터 상방을 향해 상기 애노드 전극과 상기 캐소드 전극 사이에 도입하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the gas supply device introduces the process gas between the anode electrode and the cathode electrode from the lower side toward the upper side.
청구항 2에 있어서,
상기 가스 공급 장치가, 상기 캐소드 전극의 저면을 따라 배치된 가스 공급 노즐로부터 상기 캐소드 전극의 저부를 향해 상기 프로세스 가스를 분출하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method of claim 2,
Wherein the gas supply device sprays the process gas from a gas supply nozzle disposed along the bottom surface of the cathode toward the bottom of the cathode electrode.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 캐소드 전극을 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
And a plurality of the cathode electrodes are provided.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드 전극 및 상기 캐소드 전극의 적어도 어느 하나가 카본으로 이루어진 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the anode electrode and the cathode electrode is made of carbon.
청구항 1에 있어서,
상기 관통 구멍의 직경이 3.8 mm 이상이고 8.0 mm 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
And the diameter of the through hole is 3.8 mm or more and 8.0 mm or less.
청구항 1에 있어서,
상기 캐소드 전극의 표면에 상기 개구부가 육방 최고 조밀 배치로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the openings are arranged on the surface of the cathode electrode in a hexagonal close-packed arrangement.
청구항 1에 있어서,
상기 캐소드 전극에, 장축 방향에 따른 단면 형상의 사이즈 또는 형상이 서로 상이한 복수 종류의 상기 관통 구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the cathode electrode is formed with a plurality of kinds of through holes different in size or shape from each other in sectional shape along the major axis direction.
청구항 1에 있어서,
상기 교류 전원이 공급하는 상기 교류 전력의 주파수가 60 Hz 이상이고 27 MHz 이하인 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the frequency of the AC power supplied by the AC power supply is 60 Hz or more and 27 MHz or less.
청구항 1에 있어서,
상기 프로세스 가스로서 성막용의 원료 가스를 포함한 가스를 사용하여, 상기 애노드 전극 상에 배치된 기판에 상기 원료 가스에 포함되는 원료를 성분으로 하는 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a film containing a raw material contained in the source gas is formed on a substrate disposed on the anode electrode by using a gas containing a source gas for film formation as the process gas.
청구항 1에 있어서,
상기 애노드 전극 상에 배치된 기판의 표면에 형성된 막을 에칭하는 가스를 상기 프로세스 가스로서 사용하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a gas for etching a film formed on a surface of the substrate disposed on the anode electrode is used as the process gas.
청구항 1에 있어서,
상기 프로세스 가스로서 산소 가스 및 아르곤 가스를 포함하는 가스를 사용하여, 상기 애노드 전극 상에 배치된 기판의 표면에 형성된 막을 애싱하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein a gas containing oxygen gas and argon gas is used as the process gas to ashing the film formed on the surface of the substrate disposed on the anode electrode.
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Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI641292B (en) 2008-08-04 2018-11-11 Agc北美平面玻璃公司 Plasma source
WO2014188576A1 (en) * 2013-05-24 2014-11-27 株式会社島津製作所 Plasma processing apparatus
WO2015168236A1 (en) * 2014-04-30 2015-11-05 Corning Incorporated Etch back processes of bonding material for the manufacture of through-glass vias
CN107615888B (en) * 2014-12-05 2022-01-04 北美Agc平板玻璃公司 Plasma source utilizing macro-particle reduction coating and method of using plasma source for deposition of thin film coatings and surface modification
MY192286A (en) 2014-12-05 2022-08-17 Agc Glass Europe S A Hollow cathode plasma source
JP2016197528A (en) * 2015-04-03 2016-11-24 株式会社島津製作所 Plasma processing apparatus
US9721765B2 (en) 2015-11-16 2017-08-01 Agc Flat Glass North America, Inc. Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current
US10242846B2 (en) 2015-12-18 2019-03-26 Agc Flat Glass North America, Inc. Hollow cathode ion source
US10573499B2 (en) 2015-12-18 2020-02-25 Agc Flat Glass North America, Inc. Method of extracting and accelerating ions
US10410883B2 (en) 2016-06-01 2019-09-10 Corning Incorporated Articles and methods of forming vias in substrates
US10794679B2 (en) 2016-06-29 2020-10-06 Corning Incorporated Method and system for measuring geometric parameters of through holes
US10134657B2 (en) 2016-06-29 2018-11-20 Corning Incorporated Inorganic wafer having through-holes attached to semiconductor wafer
US10580725B2 (en) 2017-05-25 2020-03-03 Corning Incorporated Articles having vias with geometry attributes and methods for fabricating the same
US11078112B2 (en) 2017-05-25 2021-08-03 Corning Incorporated Silica-containing substrates with vias having an axially variable sidewall taper and methods for forming the same
US11554984B2 (en) 2018-02-22 2023-01-17 Corning Incorporated Alkali-free borosilicate glasses with low post-HF etch roughness
WO2019230967A1 (en) * 2018-06-01 2019-12-05 株式会社島津製作所 Method for forming electroconductive film, and method for manufacturing wiring substrate
CN109358237B (en) * 2018-09-26 2020-11-06 台州学院 Experiment platform for influence of plasma collision frequency on electromagnetic propagation and using method
KR102377982B1 (en) * 2020-06-05 2022-03-23 한국기계연구원 PLASMA REACTOR AND PFCs REDUCTION SCRUBBER
FR3115180B1 (en) * 2020-10-14 2022-11-04 Peter Choi Plasma generating device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001155997A (en) * 1999-11-24 2001-06-08 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Plasma cvd system and method for fabricating silicon based thin film photoelectric converter
JP2001271168A (en) 2000-03-24 2001-10-02 Komatsu Ltd Surface treating device
JP2002280377A (en) 2001-03-19 2002-09-27 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate treatment apparatus
WO2009069211A1 (en) 2007-11-29 2009-06-04 Shimadzu Corporation Plasma process electrode and plasma process device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02301134A (en) * 1989-05-16 1990-12-13 Kokusai Electric Co Ltd Plasma controller for plasma generator
CN1109365A (en) * 1994-01-20 1995-10-04 顾恩友 Cold plasma sterilizing device
JP4536456B2 (en) * 2004-08-18 2010-09-01 国立大学法人京都工芸繊維大学 Plasma chemical vapor deposition method
CN201172685Y (en) * 2008-03-31 2008-12-31 北京世纪辉光科技发展有限公司 Vertical producing apparatus for double-face plasma surface treated sheet metal
CN101971292B (en) * 2008-04-08 2012-07-18 株式会社岛津制作所 Cathode electrode for plasma cvd and plasma cvd apparatus
KR101046335B1 (en) * 2008-07-29 2011-07-05 피에스케이 주식회사 Hollow cathode plasma generation method and large area substrate processing method using hollow cathode plasma
JP5305287B2 (en) * 2008-10-30 2013-10-02 芝浦メカトロニクス株式会社 Semiconductor manufacturing equipment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001155997A (en) * 1999-11-24 2001-06-08 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd Plasma cvd system and method for fabricating silicon based thin film photoelectric converter
JP2001271168A (en) 2000-03-24 2001-10-02 Komatsu Ltd Surface treating device
JP2002280377A (en) 2001-03-19 2002-09-27 Hitachi Kokusai Electric Inc Substrate treatment apparatus
WO2009069211A1 (en) 2007-11-29 2009-06-04 Shimadzu Corporation Plasma process electrode and plasma process device

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Publication number Publication date
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KR20130137034A (en) 2013-12-13
WO2013008344A1 (en) 2013-01-17
CN103493602A (en) 2014-01-01
JP5804059B2 (en) 2015-11-04
CN103493602B (en) 2016-06-08

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