JP2011108615A - Plasma treatment device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma treatment device of an atmosphere opening type in which a by-product of plasma is not generated and which has no treatment unevenness due to the shape of an electrode peripheral member and a gas flow. <P>SOLUTION: The plasma treatment device is provided with a first and a second electrodes, a gas supplying passage, and a porous guiding body 3 arranged in the gas supplying passage and equalizing a gas flow. An electric field is generated by the first and the second electrodes and the equalized gas is supplied from the gas supplying passage to generate plasma 9 in a plasma generation region, and a treatment base material 10 is treated. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、プラズマ処理装置に関し、とくに、被処理基体表面の改質やクリーニング、レジスト膜などの有機物のアッシング、シリコン膜などのエッチングや加工、基板への成膜など、プラズマを用いた処理をおこなうプラズマ処理装置や、チャンバーやポンプなどの真空排気設備を不要とする大気開放型のプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus, and in particular, processes using plasma such as modification and cleaning of the surface of a substrate to be processed, ashing of organic substances such as a resist film, etching and processing of a silicon film, and film formation on a substrate. The present invention relates to a plasma processing apparatus to perform, and an open-air plasma processing apparatus that does not require vacuum exhaust equipment such as a chamber and a pump.

近年、真空排気設備を必要としない大気開放型の装置によるプラズマ処理が広く行われている。このようなプラズマ処理装置の一例としては、図１に示すようなものが知られている。   In recent years, plasma processing using an open-air apparatus that does not require evacuation equipment has been widely performed. An example of such a plasma processing apparatus is known as shown in FIG.

このプラズマ処理装置は、一対の対向した電極１００，１０１間に高電圧電源１０２から電圧を印加すること、電極１００，１０１間に誘電体１０３，１０４を設けること、ヘリウムガス１０５を使用すること、および印加電圧をパルス状とすることにより、電極１００，１０１間に安定した非平衡プラズマＰを生成し、この生成されたプラズマ空間内に被処理物１０６を配置、あるいは通過させることで処理をおこなう。   In this plasma processing apparatus, a voltage is applied from a high voltage power source 102 between a pair of opposed electrodes 100 and 101, dielectrics 103 and 104 are provided between the electrodes 100 and 101, helium gas 105 is used, Further, by making the applied voltage into a pulse shape, a stable non-equilibrium plasma P is generated between the electrodes 100 and 101, and the processing is performed by placing or passing the workpiece 106 in the generated plasma space. .

しかしながら、この種のプラズマ処理装置では、プラズマＰを生成する電極１００，１０１間のギャップが大きすぎると放電が不安定になってしまうため、おおよそ１〜５ｍｍ程度のギャップに限られたものとなる。   However, in this type of plasma processing apparatus, if the gap between the electrodes 100 and 101 that generate the plasma P is too large, the discharge becomes unstable, so that the gap is limited to about 1 to 5 mm. .

このために被処理物１０６を簡単に配置あるいは通過させることが難しくなるが、ギャップを広げても放電を安定化させようとすると、さらなる印加電圧の高電圧化や、ガス流量の増加などの対策も必要となり、コスト的な負担が大きくなってしまう。   For this reason, it becomes difficult to arrange or pass the workpiece 106 easily. However, if the discharge is stabilized even if the gap is widened, measures such as further increasing the applied voltage and increasing the gas flow rate are taken. Is also necessary, increasing the cost burden.

また、プラズマＰを生成するための電界は、被処理物１０６の表面に対して略垂直な方向に生じているため、放電の不安定などによって火花放電やストリーマ放電が発生すると、被処理物１０６の表面に高エネルギーのプラズマが直接あたるので重大なダメージを引き起こす可能性が高い。   Further, since the electric field for generating the plasma P is generated in a direction substantially perpendicular to the surface of the object to be processed 106, if spark discharge or streamer discharge occurs due to unstable discharge, the object 106 to be processed is generated. Since high-energy plasma directly hits the surface, there is a high possibility of causing serious damage.

このため、図２に示すようにプラズマＰを被処理物１０６とは別の場所で生成して吹き付ける、いわゆるリモートタイプのプラズマ処理装置を用いることで、被処理物１０６へのダメージを低減した処理がおこなわれている。さらにダメージを低減するために、例えば被処理物側の誘電体を厚くしてさらにダメージを低減させるプラズマ処理装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。   For this reason, as shown in FIG. 2, processing using a so-called remote type plasma processing apparatus in which plasma P is generated and sprayed at a location different from the processing target 106 to reduce damage to the processing target 106. Has been done. In order to further reduce damage, for example, a plasma processing apparatus is known in which a dielectric on the object to be processed side is thickened to further reduce damage (see, for example, Patent Document 1).

しかしながら、このような装置ではプラズマが直接作用しないため処理能力が劣ること、処理能力を上げようとすると吹きつけるガスの流量を多くさせるためランニングコストが増大することが課題として挙げられる。   However, in such an apparatus, the plasma does not act directly, so that the processing capability is inferior, and if the processing capability is increased, the running cost increases because the flow rate of the gas to be blown is increased.

このため、高誘電率の球体等を電極間に敷き詰めることにより、電極間ギャップを広げることで処理面積の増加による処理能力の向上や、ガスの流量を低減させるプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。   For this reason, there is known a plasma processing apparatus in which a high dielectric constant sphere or the like is spread between electrodes to increase a processing area by increasing a gap between the electrodes and to reduce a gas flow rate. For example, see Patent Document 2).

特許第３８２３０３７号公報Japanese Patent No. 3823037 特許第４０２６５３８号公報Japanese Patent No. 4026538

しかしながら、このような処理装置では、高誘電率の球体を敷き詰めた電極間での放電空間をガスが通過する過程において、放電空間内でのガスの滞在時間が長いためにプラズマの副生成物が生成・成長しやすく、副生成物が下流の被処理基材に降り積もる恐れがある。また、球体を支える保持部材が必要である上、保持部材がプラズマと被処理基材の間にあることで、球体や保持部材のパターンに起因した処理ムラが生じるといった問題がある。   However, in such a processing apparatus, in the process in which the gas passes through the discharge space between the electrodes covered with high dielectric constant spheres, the residence time of the gas in the discharge space is long, so that plasma by-products are generated. It is easy to produce and grow, and there is a risk that the by-product will fall on the downstream substrate. In addition, there is a problem that a holding member that supports the sphere is required, and that the holding member is between the plasma and the substrate to be processed, thereby causing processing unevenness due to the pattern of the sphere and the holding member.

この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、プラズマによる副生成物の生成が抑制され、均一にプラズマ処理を行うことが可能なプラズマ処理装置を提供するものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a plasma processing apparatus that can suppress the generation of by-products due to plasma and perform uniform plasma processing.

この発明は、第１および第２電極と、ガス供給路と、ガス供給路に設けられガスの流れを均一化する多孔質誘導体とを備え、第１および第２電極により電界を形成すると共にガス供給路から均一化したガスを供給してプラズマ生成領域にプラズマを生成し、被処理基材を処理するプラズマ処理装置を提供するものである。   The present invention includes first and second electrodes, a gas supply path, and a porous derivative that is provided in the gas supply path and makes the gas flow uniform, and forms an electric field by the first and second electrodes and gas A plasma processing apparatus for supplying a uniform gas from a supply path to generate plasma in a plasma generation region and processing a substrate to be processed is provided.

この発明によれば、ガス供給路に設けられた多孔質誘電体によりガスの流れが均一化されるので、プラズマ処理装置に必要な基本的処理能力を確保しつつ、電極近傍でのプラズマによる副生成物の生成が抑えられ、プラズマと被処理基材との間に不要な部材がなく、均一なプラズマを生成することができる。   According to the present invention, the gas flow is made uniform by the porous dielectric provided in the gas supply path, so that the basic processing capability necessary for the plasma processing apparatus is ensured, and the secondary gas by the plasma in the vicinity of the electrode is secured. The generation of the product is suppressed, there is no unnecessary member between the plasma and the substrate to be processed, and uniform plasma can be generated.

従来のプラズマ処理装置の一例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed an example of the conventional plasma processing apparatus. 従来のプラズマ処理装置の一例を示した断面図である。It is sectional drawing which showed an example of the conventional plasma processing apparatus. この発明に基づく実施形態１におけるプラズマ処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the plasma processing apparatus in Embodiment 1 based on this invention. この発明に基づく実施形態２におけるプラズマ処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the plasma processing apparatus in Embodiment 2 based on this invention. この発明に基づく実施形態３におけるプラズマ処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the plasma processing apparatus in Embodiment 3 based on this invention. この発明に基づく実施形態４におけるプラズマ処理装置の断面図である。It is sectional drawing of the plasma processing apparatus in Embodiment 4 based on this invention.

この発明のプラズマ処理装置は、第１および第２電極と、ガス供給路と、ガス供給路に設けられガスの流れを均一化する多孔質誘導体とを備え、第１および第２電極により電界を形成すると共にガス供給路から均一化したガスを供給してプラズマ生成領域にプラズマを生成し、被処理基材を処理することを特徴とする。   The plasma processing apparatus of the present invention includes first and second electrodes, a gas supply path, and a porous derivative that is provided in the gas supply path and makes the gas flow uniform, and an electric field is generated by the first and second electrodes. It is characterized in that a substrate is formed and supplied with a uniform gas from a gas supply path to generate plasma in a plasma generation region to process a substrate to be processed.

ここで、多孔質誘電体にはアルミナ、炭化ケイ素などのセラミックス材料からなる多孔体を用いることができる。
多孔質のセラミクス材料は、一般的に、Siウエハ等の基板を固定するポーラスチャックや、真空チャンバーを大気圧にベントする際にパーティクルの舞い上がりを防ぐためのフィルター等として用いられているものであるが、セラミクス材料は耐熱性が良好なため、本発明のようにプラズマに接するような箇所で使用するのに適している。
また、気孔径として、アルミナ多孔体を例にとると、平均孔径が1μm未満の非常に小さなものから、1ｍｍ程度の大きさのものまであるため、本発明で必要としている1μｍから100μｍ程度の気孔径のものが用意できる。 Here, a porous body made of a ceramic material such as alumina or silicon carbide can be used as the porous dielectric.
Porous ceramic materials are generally used as porous chucks for fixing substrates such as Si wafers and filters for preventing particles from rising when venting a vacuum chamber to atmospheric pressure. However, since the ceramic material has good heat resistance, it is suitable for use in a place where it is in contact with plasma as in the present invention.
Further, when the pore diameter is taken as an example of a porous alumina body, the average pore diameter ranges from a very small one of less than 1 μm to a size of about 1 mm. Therefore, the pore diameter of about 1 μm to 100 μm required in the present invention is used. The thing of the hole diameter can be prepared.

多孔質誘電体は、プラズマ生成可能な気孔径よりも小さい気孔径からなるものがよい。プラズマ生成が可能な気孔径が存在すると、気孔内でのプラズマによって副生成物が発生して気孔が詰ってしまうなどの不具合が生じる恐れがある。   The porous dielectric preferably has a pore size smaller than the pore size capable of generating plasma. If there is a pore diameter capable of generating plasma, there is a risk that a by-product is generated by the plasma in the pores and the pores are clogged.

被処理基材が水平に設置された基板からなり、第１および第２電極は前記基板上部に基板から一定距離だけ離れて互いに間隔をおいて対向し、その間隔にガス供給路が基板に垂直に形成されてもよい。   The substrate to be treated is composed of a substrate placed horizontally, and the first and second electrodes are opposed to each other with a certain distance from the substrate above the substrate, and the gas supply path is perpendicular to the substrate. May be formed.

多孔質誘電体がガス供給路に挿入され、かつ、多孔質誘電体の基板側の面に沿ってプラズマ生成領域が生成されてもよい。   The porous dielectric may be inserted into the gas supply path, and the plasma generation region may be generated along the surface of the porous dielectric on the substrate side.

多孔質誘電体がガス供給路に挿入され、かつ、第１および第２電極間にプラズマ生成領域が生成されてもよい。   A porous dielectric may be inserted into the gas supply path, and a plasma generation region may be generated between the first and second electrodes.

第１および第２電極が誘電体で覆われていてもよい。   The first and second electrodes may be covered with a dielectric.

第１および第２電極間に互いに逆位相の第１および第２高周波電源を直列にして接続し、第１および第２高周波電源の接続点を接地してもよい。   The first and second high-frequency power supplies having opposite phases may be connected in series between the first and second electrodes, and the connection point of the first and second high-frequency power supplies may be grounded.

被処理基板上の生成物の原料成分を含んだ原料ガスを多孔質誘電体を経ないでプラズマ生成領域に供給する原料ガス供給路をさらに設けてもよい。
以下、図面に示す実施形態に基づいてこの発明を詳述する。 A raw material gas supply path for supplying a raw material gas containing a raw material component of the product on the substrate to be processed to the plasma generation region without passing through the porous dielectric may be further provided.
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.

実施形態１
図３を参照して実施形態１のプラズマ処理装置について説明する。
このプラズマ処理装置２０では、緻密誘電体１Ａ、１Ｂで被覆された電極２Ａ、２Ｂが多孔質誘電体３を挟むような状態で対向して配置されている。 Embodiment 1
The plasma processing apparatus of Embodiment 1 will be described with reference to FIG.
In this plasma processing apparatus 20, the electrodes 2 </ b> A and 2 </ b> B covered with the dense dielectrics 1 </ b> A and 1 </ b> B are arranged to face each other with the porous dielectric 3 interposed therebetween.

電極２Ａ，２Ｂ間には高周波電源４が接続され、電極２Ｂは接地されている。さらに多孔誘電体３の上面にはガス供給室５が設けられ、プラズマ処理に必要な所望のガスを供給するガスシリンダー６からガス配管７を通じてプロセスガスが導入される。この実施例では、Ｈｅガスに空気を２％混合させたガスを使用し、電極２Ａ−２Ｂ間の距離（以下、ギャップという）は１８ｍｍに設定される。   A high frequency power source 4 is connected between the electrodes 2A and 2B, and the electrode 2B is grounded. Further, a gas supply chamber 5 is provided on the upper surface of the porous dielectric 3, and a process gas is introduced through a gas pipe 7 from a gas cylinder 6 that supplies a desired gas necessary for plasma processing. In this embodiment, a gas in which 2% of air is mixed with He gas is used, and the distance between the electrodes 2A-2B (hereinafter referred to as a gap) is set to 18 mm.

ガス配管７の途中には、プロセスガスの供給流量を監視して制御する流量調節器８が設けられていて、この流量調節器８で流量が調整されたプロセスガスがガス供給室５を通じて多孔質誘電体３に導入される。   In the middle of the gas pipe 7, a flow rate regulator 8 that monitors and controls the supply flow rate of the process gas is provided. The process gas whose flow rate is adjusted by the flow rate regulator 8 is porous through the gas supply chamber 5. Introduced into the dielectric 3.

多孔質誘電体３内に導入されたプロセスガスは多孔質誘電体３内を拡散し、多孔質誘電体３の下端面付近では均一なガス流として放出されるようになる。また、多孔質誘電体３自体に電界が形成されているため、偶発電子の存在により一部のガス分子あるいは原子が電離されるが、プラズマが生成されるには孔のサイズが小さく、プラズマは生成されない。   The process gas introduced into the porous dielectric 3 diffuses in the porous dielectric 3 and is released as a uniform gas flow near the lower end surface of the porous dielectric 3. In addition, since an electric field is formed in the porous dielectric 3 itself, some gas molecules or atoms are ionized due to the presence of incidental electrons, but in order to generate plasma, the pore size is small, Not generated.

なお、プラズマ生成が抑制される多孔質誘電体の孔径の目安としては、導入されるガスの圧力が１気圧から１００気圧の場合で１００μｍから１μｍ程度であり、導入するガスの圧力が高いほど小さな孔径とする必要がある。   In addition, as a standard of the pore diameter of the porous dielectric material in which plasma generation is suppressed, the pressure of the introduced gas is about 100 μm to 1 μm when the pressure of the introduced gas is 1 to 100 atm. It is necessary to make the hole diameter.

多孔質誘電体３から放出されたプロセスガスは対向した電極２Ａ、２Ｂ間の電界により多孔質誘電体３の下端面でプラズマ化され、プラズマ９を形成し、プラズマ９の下部に配置され矢印方向に搬送される被処理基体、つまり被処理基板１０を処理する。   The process gas emitted from the porous dielectric 3 is turned into plasma at the lower end surface of the porous dielectric 3 by the electric field between the opposing electrodes 2A and 2B, forms plasma 9, and is disposed at the lower part of the plasma 9 and is in the direction of the arrow. The substrate to be processed, that is, the substrate 10 to be processed is processed.

ここで、プラズマ９の形成では電極２Ａ、２Ｂより下に多孔質誘電体３の下端面があることにより、この下端面を伝わって電流が流れる形態の放電現象、すなわち沿面放電が起きる。この沿面放電は、電子が表面に衝突することで２次電子が放出し負極から正極側に向かっていくプロセス、電子と衝突してイオン化した気体分子が負極に向かっていくプロセスなどが複合した現象であると考えられる。
このため、単純に電極が対向した状態では放電できないような電極間距離と電圧条件下においても、このような形態では放電が可能となっている。 Here, in the formation of the plasma 9, since the lower end surface of the porous dielectric 3 is below the electrodes 2A and 2B, a discharge phenomenon in which a current flows through the lower end surface, that is, creeping discharge occurs. This creeping discharge is a phenomenon in which secondary electrons are emitted when electrons collide with the surface and travel from the negative electrode toward the positive electrode, and processes in which ionized gas molecules collide with electrons and travel toward the negative electrode. It is thought that.
For this reason, even in the inter-electrode distance and voltage conditions that cannot be discharged when the electrodes are simply opposed to each other, the discharge is possible in such a form.

緻密誘電体１Ａ、１Ｂはアルミナ、チタニア、ジルコニア、窒化アルミ、窒化ケイ素、酸化ケイ素などのセラミックス材料を電極２の表面に溶射法により形成するか、上記セラミックス材料で電極２Ａ、２Ｂの少なくともプラズマ９と接する面を覆うようなケースを作製する。あるいは、耐久性を考慮して、溶射法により誘電体を溶射した電極を、さらに、セラミックス材料で形成したケースで覆ってもよい。   The dense dielectrics 1A and 1B are formed by forming a ceramic material such as alumina, titania, zirconia, aluminum nitride, silicon nitride, or silicon oxide on the surface of the electrode 2 by a thermal spraying method, or at least the plasma 9 of the electrodes 2A and 2B with the ceramic material. Make a case to cover the surface that touches. Alternatively, in consideration of durability, an electrode sprayed with a dielectric by a spraying method may be further covered with a case formed of a ceramic material.

また、この緻密誘電体１Ａ、１Ｂを形成するセラミックス材料は気孔のない緻密な材質である必要がある。それは、気孔の存在によって電極２Ａ，２Ｂとプラズマ９が直接に接するような箇所があると、その点に放電が集中してアーク放電となり、電極や誘電体が溶融するなどの装置へのダメージが起きるからである。   The ceramic material forming the dense dielectrics 1A and 1B needs to be a dense material without pores. If there is a place where the electrodes 2A and 2B and the plasma 9 are in direct contact with each other due to the presence of pores, the discharge concentrates at that point and arc discharge occurs, causing damage to the device such as melting of the electrode and dielectric. Because it happens.

電極２Ａ、２Ｂは、アルミニウム、銅、真鍮、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４など）、又はチタンなどの導電性の金属材料を用いて幅方向（図３において紙面と直交する方向）に長い略角棒状に形成されている。   The electrodes 2A and 2B are formed in a substantially rectangular bar shape that is long in the width direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 3) using a conductive metal material such as aluminum, copper, brass, stainless steel (SUS304, etc.), or titanium. Has been.

また、電極２Ａ，２Ｂには高周波電源４から高周波電力が印加されるため、電極２Ａ，２Ｂには冷却水循環パイプを設けることが好ましい。多孔質誘電体３は、セラミックス材料からなり、これには、例えば、株式会社リード社製のセラミックポーラス体を好適に用いることができる。
上記装置構成および条件にてプラズマを生成した場合、着火電圧は5.6ｋVとなった。一方、多孔質誘電体３を除いた装置構成および条件にてプラズマを生成した場合では同6.2ｋVであった。 In addition, since high frequency power is applied to the electrodes 2A and 2B from the high frequency power source 4, it is preferable to provide a cooling water circulation pipe on the electrodes 2A and 2B. The porous dielectric 3 is made of a ceramic material. For this, for example, a ceramic porous body manufactured by Reed Co., Ltd. can be suitably used.
When plasma was generated with the above apparatus configuration and conditions, the ignition voltage was 5.6 kV. On the other hand, when plasma was generated with the apparatus configuration and conditions excluding the porous dielectric 3, it was 6.2 kV.

実施形態２
図４を参照してこの発明の実施形態２のプラズマ処理装置について説明する。
実施形態２は実施形態１に示した形態と同様であるが、多孔質誘電体３の下端面が電極２Ａ、２Ｂの下端面より上方に位置している点が異なる。また、この実施形態では、Ｈｅガスに空気を１％混合させたガスを使用し、ギャップは１３ｍｍおよび１８ｍｍとした。それ以外の構成は実施形態１と同等である。 Embodiment 2
A plasma processing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIG.
The second embodiment is the same as the embodiment shown in the first embodiment except that the lower end surface of the porous dielectric 3 is located above the lower end surfaces of the electrodes 2A and 2B. In this embodiment, a gas in which 1% of air is mixed with He gas is used, and the gaps are 13 mm and 18 mm. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

一般的に、誘電体における誘電損失は、緻密質のものに比べ多孔質のものでは大きくなる。また、高周波電源から印加される電圧の周波数が高くなった場合においても誘電損失が大きくなる。このため、実施形態１のように電極２Ａ−２Ｂ間に存在する多孔誘電体の体積が大きくなると、それに比例して損失も大きくなってしまう。   In general, the dielectric loss in a dielectric is larger in a porous material than in a dense material. Also, the dielectric loss increases when the frequency of the voltage applied from the high-frequency power source increases. For this reason, when the volume of the porous dielectric existing between the electrodes 2A-2B is increased as in the first embodiment, the loss is increased in proportion thereto.

このため、実施形態１の電極２Ａ、２Ｂ間に存在する多孔質誘電体３のうち、下方部分を図４に示すように除去し、その部分をプラズマ生成空間とすることで、損失が低減される。   Therefore, the loss is reduced by removing the lower part of the porous dielectric 3 existing between the electrodes 2A and 2B of Embodiment 1 as shown in FIG. The

このような電極形態となった場合でも、電極２Ａ、２Ｂ間の距離が、単純に電極が対向した状態では放電できないような距離となっていても、上述した沿面放電の効果のため、放電が可能となる。   Even in the case of such an electrode configuration, even if the distance between the electrodes 2A and 2B is a distance that cannot be discharged when the electrodes are simply facing each other, the discharge is caused by the above-described creeping discharge effect. It becomes possible.

このような実施形態は、高周波電源の周波数を高くして使用する条件下で使用する場合や、プラズマを直接作用させて処理能力を上げるよりも多孔質誘電体での温度上昇による不具合抑制や効率を重視する場合において、多孔質誘電体での損失を低減でき有利である。
上記装置構成および条件にてプラズマを生成した場合の電圧は、ギャップ13ｍｍで3.1ｋV、18ｍｍで3.3ｋVとなった。一方、多孔質誘電体３を除いた装置構成および条件にてプラズマを生成した場合ではギャップ13ｍｍで3.5ｋV、18ｍｍで5.6ｋVであった。 Such an embodiment is suitable for use under conditions where the frequency of a high-frequency power supply is increased, or to suppress malfunctions and increase efficiency due to temperature rise in the porous dielectric rather than to increase the processing capacity by direct action of plasma. In the case where importance is attached, loss in the porous dielectric can be advantageously reduced.
When plasma was generated with the above apparatus configuration and conditions, the voltage was 3.1 kV at a gap of 13 mm and 3.3 kV at 18 mm. On the other hand, when plasma was generated with the apparatus configuration and conditions excluding the porous dielectric 3, the gap was 3.5 kV at 13 mm and 5.6 kV at 18 mm.

実施形態３
図５を参照して本発明の実施形態３のプラズマ処理装置について説明する。
この実施形態はほぼ実施形態２と同様であるが、直列接続された高周波電源４ａ，４ｂから電極２Ａ、２Ｂ間に電圧が印加され、電源４ａ，４ｂの接続点Ｑが接地されている。なお、電源４ａ，４ｂは電圧が逆位相となっている。その他の構成は実施形態２と同等である。 Embodiment 3
A plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This embodiment is almost the same as that of the second embodiment, but a voltage is applied between the electrodes 2A and 2B from the high-frequency power supplies 4a and 4b connected in series, and the connection point Q of the power supplies 4a and 4b is grounded. The power supplies 4a and 4b have opposite voltages. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

このように電極２Ａ、２Ｂに逆位相の電源４ａ，４ｂを接続して接続点Ｑを接地することで、図４のように電極２Ａ，２Ｂ間に１つの電源から接地に対して高い電圧を印加するよりも、接地に対して低い電圧で電極２Ａ，２Ｂ間に同じ電位差を形成することができ、図４と同様にプラズマを生成することができる。
上記装置構成および条件にてプラズマを生成した場合の電圧は、ギャップ13ｍｍで電源4a：1.55ｋV、電源4ｂ：1.55ｋV、18ｍｍで電源4a：1.75ｋV、電源4ｂ：1.75ｋVとなった。一方、多孔質誘電体３を除いた装置構成および条件にてプラズマを生成した場合ではギャップ13ｍｍで電源4a：1.9ｋV、電源4ｂ：1.9ｋV、 18ｍｍで電源4a：2.8ｋV、電源4ｂ：2.8ｋVであった。 By connecting the power sources 4a and 4b having opposite phases to the electrodes 2A and 2B and grounding the connection point Q as shown in FIG. 4, a high voltage from one power source to the ground is applied between the electrodes 2A and 2B as shown in FIG. The same potential difference can be formed between the electrodes 2A and 2B at a lower voltage than that applied, and plasma can be generated as in FIG.
When the plasma was generated with the above apparatus configuration and conditions, the power supply 4a: 1.55 kV, the power supply 4b: 1.55 kV, the power supply 4a: 1.75 kV, and the power supply 4b: 1.75 kV at a gap of 13 mm. On the other hand, when plasma is generated with the apparatus configuration and conditions excluding the porous dielectric 3, the power supply 4a: 1.9 kV, power supply 4b: 1.9 kV, power supply 4a: 2.8 kV, power supply 4b: 2.8 kV at a gap of 13 mm Met.

このような実施形態は、電極２Ａ，２Ｂの下方に設置される被処理基板１０との距離が小さく、図４に示すような形態では電極２Ａと被処理基板１０との間で放電が起きてしまう条件下でも、本実施形態とすることで、被処理基板１０との放電が抑制できる。   In such an embodiment, the distance from the substrate 10 to be processed placed below the electrodes 2A and 2B is small. In the embodiment as shown in FIG. 4, a discharge occurs between the electrode 2A and the substrate 10 to be processed. Even under such conditions, the discharge with the substrate 10 to be processed can be suppressed by adopting the present embodiment.

実施形態４
図6を参照して本発明の実施形態4のプラズマ処理装置について説明する。
この実施形態でのプラズマ処理装置は、実施形態２の変形であり、実施形態２の電極２Ａが電極２Ａａ、２Ａｂとして上下に２分割されている。電極２Aａ、２Bが多孔質誘電体３の両側で対向し、電極２Ａａ、２Ａｂの間に原料ガス供給路１１が配置されている。
ガス供給室5へはガスシリンダー６から流量調整器８を介してガス配管７によってHe、Ar等の希ガスやH2、O2、N2等の反応ガスからなるガスが供給される。 Embodiment 4
A plasma processing apparatus according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The plasma processing apparatus in this embodiment is a modification of the second embodiment, and the electrode 2A of the second embodiment is vertically divided into two as electrodes 2Aa and 2Ab. The electrodes 2Aa and 2B face each other on both sides of the porous dielectric 3, and the source gas supply path 11 is disposed between the electrodes 2Aa and 2Ab.
A gas consisting of a rare gas such as He or Ar or a reaction gas such as H 2 , O 2 , or N 2 is supplied to the gas supply chamber 5 from the gas cylinder 6 through the flow rate regulator 8 through the gas pipe 7.

一方、原料ガス供給路１１へはガスシリンダー６ａから流量調整器８ａを介してガス配管７ａによって薄膜や微粒子の形成原料となる原料ガスが供給される。原料ガスは例えば、SiH4、ＴＥＯＳ（Ｓｉ（ＯＣ2 Ｈ5 ）4 ）等のケイ素を含むガス、ＣＯ2、ＣＨ4 、ＣＨ3 ＯＨ等の炭素を含むガス、Znのβジケトン化合物、アルコキシド化合物等の亜鉛を含むガス、といったものが挙げられる。
また原料ガスは、He、Ar等の希ガスやH2等のガスにより希釈したり、原料となる液体材料中にガスを通過させ、ガス中に液体材料の蒸気圧分を含ませた状態で供給したり、液体原料を超音波発振器等でミスト状にしてそのミストを搬送用のガスで供給するという方法等で供給してもよい。その他の構成は実施形態２と同等である。 On the other hand, a raw material gas serving as a raw material for forming a thin film or fine particles is supplied from the gas cylinder 6a to the raw material gas supply path 11 via the flow rate regulator 8a through the gas pipe 7a. The source gas is, for example, a gas containing silicon such as SiH 4 or TEOS (Si (OC 2 H 5 ) 4 ), a gas containing carbon such as CO 2 , CH 4 , or CH 3 OH, a β-diketone compound of Zn, or an alkoxide compound. Examples of such a gas include zinc.
The source gas is diluted with a rare gas such as He or Ar, or a gas such as H 2, or the gas is allowed to pass through the liquid material that is the source material, and the vapor pressure component of the liquid material is included in the gas. Alternatively, the liquid material may be supplied in a mist form using an ultrasonic oscillator or the like, and the mist may be supplied using a transfer gas. Other configurations are the same as those of the second embodiment.

ガス供給室5から多孔質誘電体３内に導入されたガスは実施形態１に詳述したように多孔質誘電体３内を拡散し、多孔質誘電体３の下端面付近では均一なガス流として放出される。一方、原料ガス供給路１１から出射される原料ガスはこの均一なガス流中に拡散され、その直後に電極２Ｂ−２Ａｂ間で形成されるプラズマ領域にて分解され、下流の基板１０まで到達し成膜される。
ここで原料ガスの流量は、多孔質誘電体３から放出される均一なガス流を乱さない程度に十分少なく、おおよそその1/10以下である。 The gas introduced into the porous dielectric 3 from the gas supply chamber 5 diffuses in the porous dielectric 3 as described in detail in the first embodiment, and a uniform gas flow near the lower end surface of the porous dielectric 3. Released as. On the other hand, the source gas emitted from the source gas supply path 11 is diffused in this uniform gas flow, and immediately after that, it is decomposed in the plasma region formed between the electrodes 2B-2Ab and reaches the downstream substrate 10. A film is formed.
Here, the flow rate of the source gas is sufficiently small so as not to disturb the uniform gas flow emitted from the porous dielectric 3, and is approximately 1/10 or less thereof.

また、電極２Ｂ−２Ａｂ間に生じるプラズマは、多孔質誘電体３から放出されるガスが一度電極２Aａ−２B間でプラズマ化し励起されていることにより安定化される。このため、原料ガス供給路１１が形成される電極２Ａａ−２Ａｂ間の間隔は可能な限り狭い方が良いが、電極２Ａａ−２Ａｂ間で供給路１１の開口面積を急激に絞るとガスの滞留による原料の堆積が起きる。従って、原料ガス供給路１１は円筒形状からスリット形状に連続的に変化する形状であることが望ましい。
この実施形態では、多孔質誘電体３から放出されるガスは、特にHeを含んだガスであることが望ましい。これは、Heは励起状態の寿命が長く、プラズマ領域も他ガスのプラズマより広がりを持ったものとなるためである。 Further, the plasma generated between the electrodes 2B-2Ab is stabilized when the gas released from the porous dielectric 3 is once converted into plasma between the electrodes 2Aa-2B and excited. For this reason, the distance between the electrodes 2Aa-2Ab in which the source gas supply path 11 is formed is preferably as narrow as possible. Material deposition occurs. Therefore, it is desirable that the source gas supply path 11 has a shape that continuously changes from a cylindrical shape to a slit shape.
In this embodiment, it is desirable that the gas released from the porous dielectric 3 is a gas containing He in particular. This is because He has a long lifetime in the excited state, and the plasma region has a wider range than other gas plasmas.

また、この実施形態では、原料をプラズマで分解し、化学的な反応で膜形成をおこなうプロセスにおいても、ガス供給経路中、特に多孔質誘電体付近での原料の堆積を抑制しつつ、被処理基板１０の幅方向（搬送方向に直交する方向）で均一なガスの流れを形成できるため、膜厚ムラの少ない成膜が可能となる。   Further, in this embodiment, even in a process in which the raw material is decomposed by plasma and a film is formed by a chemical reaction, deposition of the raw material is suppressed in the gas supply path, particularly in the vicinity of the porous dielectric. Since a uniform gas flow can be formed in the width direction of the substrate 10 (direction perpendicular to the transport direction), film formation with little film thickness unevenness is possible.

本発明のプラズマ処理装置を用いることにより、被処理基体表面の改質やクリーニング、レジスト膜などの有機物のアッシング、シリコン膜などのエッチングや加工、基板への成膜などを、処理のスループットを維持しつつ、被処理基体の表面に熱的なダメージを与えずにプラズマ処理することができる。   By using the plasma processing apparatus of the present invention, it is possible to maintain the throughput of processing such as modification and cleaning of the surface of the substrate to be processed, ashing of organic substances such as a resist film, etching and processing of a silicon film, and film formation on a substrate. However, plasma processing can be performed without causing thermal damage to the surface of the substrate to be processed.

また、大気開放系のであるため、液晶パネルあるいはそれを形成するガラス基板、ＴＦＴ基板、カラーフィルタ基板や、プラズマテレビ用の基板、有機ＥＬパネル、薄膜太陽電池用基板、等の大型であるために真空設備の導入に大きなコストがかかる被処理基体をプラズマ処理するのに適している。   In addition, because it is open to the atmosphere, the liquid crystal panel or the glass substrate, TFT substrate, color filter substrate, plasma TV substrate, organic EL panel, thin film solar cell substrate, etc. that form it are large. It is suitable for plasma processing of a substrate to be processed which requires a large cost for introducing vacuum equipment.

１Ａ，１Ｂ，１C 誘電体
２Ａ，２Ｂ，２C，２Ａａ，２Ａｂ 電極
３ 多孔質誘電体
４ 高周波電源
５ ガス供給室
６ ガスシリンダー
７ ガス配管
８ 流量調節器
９ プラズマ
１０ 被処理基板
１１ 原料ガス供給路 1A, 1B, 1C Dielectric 2A, 2B, 2C, 2Aa, 2Ab Electrode 3 Porous dielectric 4 High-frequency power source 5 Gas supply chamber 6 Gas cylinder 7 Gas pipe 8 Flow regulator 9 Plasma 10 Substrate 11 Substrate gas supply path

Claims (8)

第１および第２電極と、ガス供給路と、ガス供給路に設けられガスの流れを均一化する多孔質誘導体とを備え、第１および第２電極により電界を形成すると共にガス供給路から均一化したガスを供給してプラズマ生成領域にプラズマを生成し、被処理基材を処理するプラズマ処理装置。   The first and second electrodes, a gas supply path, and a porous derivative that is provided in the gas supply path and makes the gas flow uniform, and forms an electric field by the first and second electrodes and is uniform from the gas supply path A plasma processing apparatus for supplying plasma gas to generate plasma in a plasma generation region and processing a substrate to be processed. 多孔質誘電体は、プラズマ生成可能な気孔径よりも小さい気孔径を有する請求項１記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the porous dielectric has a pore size smaller than a pore size capable of generating plasma. 被処理基材が水平に設置された基板からなり、第１および第２電極は前記基板上部に基板から一定距離だけ離れて互いに間隔をおいて対向し、その間隔にガス供給路が基板に垂直に形成されてなる請求項１記載のプラズマ処理装置。   The substrate to be treated is composed of a substrate placed horizontally, and the first and second electrodes are opposed to each other with a certain distance from the substrate above the substrate, and the gas supply path is perpendicular to the substrate. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the plasma processing apparatus is formed. 多孔質誘電体がガス供給路に挿入され、かつ、多孔質誘電体の基板側の面に沿ってプラズマ生成領域が形成される請求項３記載のプラズマ処理装置。   4. The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein a porous dielectric is inserted into the gas supply path, and a plasma generation region is formed along a surface of the porous dielectric on the substrate side. 多孔質誘電体がガス供給路に挿入され、かつ、第１および第２電極間にプラズマ生成領域が形成される請求項３記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 3, wherein a porous dielectric is inserted into the gas supply path, and a plasma generation region is formed between the first and second electrodes. 第１および第２電極が誘電体で覆われてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein the first and second electrodes are covered with a dielectric. 第１および第２電極間に互いに逆位相の第１および第２高周波電源を直列にして接続し、第１および第２高周波電源の接続点を接地してなる請求項１〜６のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。   The first and second high-frequency power supplies having opposite phases to each other are connected in series between the first and second electrodes, and the connection point of the first and second high-frequency power supplies is grounded. The plasma processing apparatus as described in one. 被処理基板上の生成物の原料成分を含んだ原料ガスを多孔質誘電体を経ないでプラズマ生成領域に供給する原料ガス供給路をさらに備えることを特徴とする請求項1〜7のいずれか１つに記載のプラズマ処理装置。   8. The raw material gas supply path for supplying the raw material gas containing the raw material component of the product on the substrate to be processed to the plasma generation region without passing through the porous dielectric material, further comprising: The plasma processing apparatus according to one.
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