JP2016197528A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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健 三科
Ken Mishina
健 三科
猿渡　哲也
Tetsuya Saruwatari
哲也 猿渡
厚文 大岸
Atsufumi Ogishi
厚文 大岸
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma processing apparatus capable of uniformly generating high-density plasma on the surface of a substrate by hollow cathode discharge.SOLUTION: A plasma processing apparatus comprises: a chamber into which process gas is introduced; an anode electrode arranged inside the chamber; and a cathode electrode which has a plurality of recesses on the principal surface facing a substrate mounted on the anode electrode, and which generates hollow cathode discharge when electric power is supplied between itself and the anode electrode. The aperture of and interval between openings of the plurality of recesses are set such that high-density plasma regions formed around the respective openings by hollow cathode discharge overlap one another so as to uniformize plasma density on the surface of the substrate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、プラズマを発生して基板処理を行うプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus for generating a plasma to perform substrate processing.

半導体デバイスの製造工程において、高精度のプロセス制御が容易であるという利点から、成膜処理、エッチング処理、アッシング処理などにおいてプラズマ処理装置が用いられている。例えば、薄膜形成工程に使用される装置としてプラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）装置が知られている。プラズマＣＶＤ装置では、成膜処理工程において高周波電力などにより原料ガスがプラズマ化され、化学反応によって基板上に薄膜が形成される。プラズマ処理装置では、ホローカソード放電を利用して高密度のプラズマを発生させる方法などを採用可能である（例えば、特許文献１参照）。   In the semiconductor device manufacturing process, a plasma processing apparatus is used in a film forming process, an etching process, an ashing process, and the like because of high-precision process control. For example, a plasma chemical vapor deposition (CVD) apparatus is known as an apparatus used in a thin film forming process. In a plasma CVD apparatus, a raw material gas is turned into plasma by high-frequency power or the like in a film forming process, and a thin film is formed on a substrate by a chemical reaction. In the plasma processing apparatus, a method of generating high-density plasma using hollow cathode discharge can be employed (see, for example, Patent Document 1).

特開２００４−２９６５２６号公報JP 2004-296526 A

ホローカソード放電を利用したプラズマ処理装置においては、カソード電極の表面に凹部を形成する。この凹部においてプラズマ中の電子の衝突が繰り返され、処理対象の基板の表面に高密度プラズマが発生される。   In a plasma processing apparatus using hollow cathode discharge, a recess is formed on the surface of the cathode electrode. The collision of electrons in the plasma is repeated in this recess, and high-density plasma is generated on the surface of the substrate to be processed.

しかしながら、基板の表面で均一に高密度プラズマを発生させるための凹部の形成については十分な検討がされてこなかった。本発明は、ホローカソード放電によって基板の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   However, sufficient studies have not been made on the formation of recesses for generating high-density plasma uniformly on the surface of the substrate. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of uniformly generating high-density plasma on the surface of a substrate by hollow cathode discharge.

本発明の一態様によれば、（ア）プロセスガスが導入されるチャンバーと、（イ）チャンバーの内部に配置されたアノード電極と、（ウ）アノード電極に搭載された基板と対向する主面に複数の凹部が形成され、アノード電極との間に電力が供給されてホローカソード放電を発生させるカソード電極とを備え、ホローカソード放電によって複数の凹部の開口部にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って基板の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、開口部の口径及び開口部の間隔が設定されているプラズマ処理装置が提供される。   According to one aspect of the present invention, (a) a chamber into which a process gas is introduced, (b) an anode electrode disposed inside the chamber, and (c) a main surface facing a substrate mounted on the anode electrode A plurality of recesses are formed on the substrate, and a cathode electrode that generates a hollow cathode discharge when electric power is supplied between the anode electrodes and a high density of plasma formed respectively in the openings of the plurality of recesses by the hollow cathode discharge Provided is a plasma processing apparatus in which the aperture diameter and the interval between the openings are set so that the regions overlap each other and the plasma density on the surface of the substrate is uniform.

本発明によれば、ホローカソード放電によって基板の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができるプラズマ処理装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the plasma processing apparatus which can generate a high density plasma uniformly on the surface of a board | substrate by hollow cathode discharge can be provided.

本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のカソード電極の凹部の形状を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the shape of the recessed part of the cathode electrode of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のカソード電極を示す模式図であり、図３（ａ）は斜視図、図３（ｂ）は断面図である。It is a schematic diagram which shows the cathode electrode of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention, Fig.3 (a) is a perspective view, FIG.3 (b) is sectional drawing. 比較例のカソード電極の凹部の構造を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows the structure of the recessed part of the cathode electrode of a comparative example. 図４に示したカソード電極によって形成されるプラズマ高密度領域の模式図である。It is a schematic diagram of the plasma high-density area | region formed with the cathode electrode shown in FIG. カソード電極の開口部の口径が広い場合に形成されるプラズマ高密度領域の模式図である。It is a schematic diagram of the plasma high-density area | region formed when the aperture diameter of a cathode electrode is wide. 本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置のカソード電極の凹部の構造の一例を示す模式的な断面図である。It is typical sectional drawing which shows an example of the structure of the recessed part of the cathode electrode of the plasma processing apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図７に示したカソード電極によって形成されるプラズマ高密度領域の模式図である。FIG. 8 is a schematic diagram of a plasma high-density region formed by the cathode electrode shown in FIG. 7. カソード電極の開口部の配置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows arrangement | positioning of the opening part of a cathode electrode. 調査に用いたカソード電極の仕様を示す表である。It is a table | surface which shows the specification of the cathode electrode used for investigation. カソードマークの発生の有無の第１の調査結果を示す表である。It is a table | surface which shows the 1st investigation result of the presence or absence of generation | occurrence | production of a cathode mark. カソードマークの発生の有無の第２の調査結果を示す表である。It is a table | surface which shows the 2nd investigation result of the presence or absence of generation | occurrence | production of a cathode mark. キャリアライフタイムの測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of carrier lifetime. 本発明の実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置のカソード電極の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the cathode electrode of the plasma processing apparatus which concerns on the modification of embodiment of this invention.

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。又、以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。   Next, an embodiment 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. However, it should be noted that the drawings are schematic. Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiment of the present invention has the following structure and arrangement of components. It is not something specific. The embodiment of the present invention can be variously modified within the scope of the claims.

本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１は、図１に示すように、プロセスガス４００が導入されるチャンバー１０と、チャンバー１０の内部に配置されたアノード電極２０と、アノード電極２０に搭載された基板１００と対向する主面を有するカソード電極３０とを備える。   As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is mounted on a chamber 10 into which a process gas 400 is introduced, an anode electrode 20 disposed inside the chamber 10, and the anode electrode 20. And a cathode electrode 30 having a main surface facing the substrate 100.

図１に示した例では、４枚の基板プレート２１を有するボートタイプのサンプルホルダがアノード電極２０として使用され、基板１００が基板プレート２１それぞれに垂直に装着されている。サンプルホルダの基板プレート２１とカソード電極３０とが交互に配置され、カソード電極３０の互いに対向する第１の主面３０１及び第２の主面３０２は、基板１００にそれぞれ対向している。以下において、第１の主面３０１と第２の主面３０２を総称して「主面３００」という。図１ではカソード電極３０が３枚である例を示したが、カソード電極３０の枚数が３枚に限られないことはもちろんである。   In the example shown in FIG. 1, a boat type sample holder having four substrate plates 21 is used as the anode electrode 20, and the substrate 100 is mounted vertically on each substrate plate 21. The substrate plate 21 and the cathode electrode 30 of the sample holder are alternately arranged, and the first main surface 301 and the second main surface 302 of the cathode electrode 30 facing each other face the substrate 100, respectively. Hereinafter, the first main surface 301 and the second main surface 302 are collectively referred to as “main surface 300”. Although FIG. 1 shows an example in which the number of cathode electrodes 30 is three, it goes without saying that the number of cathode electrodes 30 is not limited to three.

プラズマ処理装置１は、チャンバー１０の内部にプロセスガス４００を導入するガス供給装置４０と、アノード電極２０とカソード電極３０間に交流電力を供給する交流電源５０と、チャンバー１０の内部を排気するガス排気装置６０とを更に備える。   The plasma processing apparatus 1 includes a gas supply device 40 that introduces a process gas 400 into the chamber 10, an AC power source 50 that supplies AC power between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30, and a gas that exhausts the interior of the chamber 10. And an exhaust device 60.

交流電源５０が供給する交流電力によって、カソード電極３０の主面３００上においてプロセスガス４００を交流プラズマ状態にする。カソード電極３０の主面３００には複数の凹部が形成されており、アノード電極２０とカソード電極３０との間に電力が供給されて、凹部の開口部でホローカソード放電が発生する。   The process gas 400 is brought into an AC plasma state on the main surface 300 of the cathode electrode 30 by AC power supplied from the AC power supply 50. A plurality of recesses are formed in the main surface 300 of the cathode electrode 30, and electric power is supplied between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30, and a hollow cathode discharge is generated at the opening of the recess.

図１に示した例では、主面３００に凹部を設けるために第１の主面３０１と第２の主面３０２間を貫通する貫通孔３１がカソード電極３０に形成されている。即ち、第１の主面３０１と第２の主面３０２のそれぞれに貫通孔３１の開口部が設けられている。   In the example shown in FIG. 1, a through hole 31 penetrating between the first main surface 301 and the second main surface 302 is formed in the cathode electrode 30 in order to provide a recess in the main surface 300. That is, an opening of the through hole 31 is provided in each of the first main surface 301 and the second main surface 302.

図２に示すように、アノード電極２０とカソード電極３０は、一定の電極間距離ｄを隔てて対向している。図２は、カソード電極３０の貫通孔３１の中心軸に沿った断面図である。ホローカソード放電では、カソード電極３０の主面３００に形成された凹部で高密度プラズマが生成される。一方、主面３００の開口部３１０の形成されていない平坦部３２のプラズマ密度は、開口部３１０のプラズマ密度よりも低い。開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐは、基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一であるように設定されている。具体的には、ホローカソード放電によって複数の凹部の開口部３１０にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って、基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一になる。基板１００の表面でプラズマの高密度領域が互いに重なり合うのは、開口部３１０で発生した高密度プラズマが、カソード電極３０から基板１００の表面に到達するまでに開口部３１０の径方向に広がるためである。   As shown in FIG. 2, the anode electrode 20 and the cathode electrode 30 are opposed to each other with a certain inter-electrode distance d. FIG. 2 is a cross-sectional view along the central axis of the through hole 31 of the cathode electrode 30. In the hollow cathode discharge, high-density plasma is generated in the recess formed in the main surface 300 of the cathode electrode 30. On the other hand, the plasma density of the flat portion 32 where the opening 310 of the main surface 300 is not formed is lower than the plasma density of the opening 310. The diameter r of the opening 310 and the interval p between the openings 310 are set so that the plasma density on the surface of the substrate 100 is uniform. Specifically, plasma high density regions respectively formed in the openings 310 of the plurality of recesses by the hollow cathode discharge overlap each other, and the plasma density on the surface of the substrate 100 becomes uniform. The reason why the high-density regions of the plasma overlap each other on the surface of the substrate 100 is that the high-density plasma generated in the opening 310 spreads in the radial direction of the opening 310 before reaching the surface of the substrate 100 from the cathode electrode 30. is there.

ここで、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐの詳細について説明する前に、図１に示したプラズマ処理装置１について説明する。   Here, before describing the details of the diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310, the plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 will be described.

図１に示したプラズマ処理装置１は、プラズマＣＶＤ装置、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などに適用可能である。プラズマ処理装置１をプラズマＣＶＤ装置として使用する場合は、プロセスガス４００として成膜用の原料ガスを含むガスが使用され、ガス供給装置４０からチャンバー１０内にプロセスガス４００が導入される。ガス排気装置６０によってチャンバー１０内のプロセスガス４００の圧力が所定のガス圧に調整された後、交流電源５０により所定の交流電力がカソード電極３０とアノード電極２０間に供給される。これにより、チャンバー１０内のプロセスガス４００がプラズマ化される。形成されたプラズマに基板１００を曝すことにより、原料ガスに含まれる原料を主成分とする所望の薄膜が基板１００の露出した表面に形成される。なお、図示を省略するヒータによって成膜処理中の基板１００の温度を設定することによって、成膜レートを速めたり、膜質を向上させたりすることができる。   The plasma processing apparatus 1 shown in FIG. 1 can be applied to a plasma CVD apparatus, a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus, and the like. When the plasma processing apparatus 1 is used as a plasma CVD apparatus, a gas containing a raw material gas for film formation is used as the process gas 400, and the process gas 400 is introduced from the gas supply apparatus 40 into the chamber 10. After the pressure of the process gas 400 in the chamber 10 is adjusted to a predetermined gas pressure by the gas exhaust device 60, a predetermined AC power is supplied between the cathode electrode 30 and the anode electrode 20 by the AC power supply 50. Thereby, the process gas 400 in the chamber 10 is turned into plasma. By exposing the substrate 100 to the formed plasma, a desired thin film mainly composed of the raw material contained in the raw material gas is formed on the exposed surface of the substrate 100. Note that by setting the temperature of the substrate 100 during the film formation process with a heater (not shown), the film formation rate can be increased and the film quality can be improved.

図１に示すように、アノード電極２０とカソード電極３０間に、下方から上方に向かってプロセスガス４００を導入することが好ましい。下方からプロセスガス４００を導入することにより、比重の軽いプラズマ化したガス分子、ラジカル粒子は上方流としてカソード電極３０の表面を自然に流れ上がる。したがって、シャワー電極のような複雑な構造を用いなくても、カソード電極３０の表面にプロセスガス４００が均一に供給される。ガス供給装置４０から供給されたプロセスガス４００がカソード電極３０の表面に沿って流れるように、アノード電極２０の底板２２には、厚さ方向に貫通するガス導入孔（図示略）が形成されている。   As shown in FIG. 1, it is preferable to introduce a process gas 400 between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30 from below to above. By introducing the process gas 400 from below, the gas molecules and radical particles that have been converted into plasma and light in specific gravity naturally flow upward on the surface of the cathode electrode 30 as an upward flow. Therefore, the process gas 400 is uniformly supplied to the surface of the cathode electrode 30 without using a complicated structure such as a shower electrode. A gas introduction hole (not shown) penetrating in the thickness direction is formed in the bottom plate 22 of the anode electrode 20 so that the process gas 400 supplied from the gas supply device 40 flows along the surface of the cathode electrode 30. Yes.

既に述べたように、主面３００に開口部３１０が設けられたカソード電極３０は、ホローカソード放電を生じさせるホローカソード電極として機能する。つまり、貫通孔３１内部でのプラズマ生成がホローカソード放電であり、このホローカソード放電においては、電子が貫通孔３１内部に閉じ込められ且つ運動エネルギーを持つことで、高密度電子の空間である高密度プラズマが貫通孔３１に形成される。   As described above, the cathode electrode 30 provided with the opening 310 on the main surface 300 functions as a hollow cathode electrode that generates a hollow cathode discharge. That is, the plasma generation inside the through hole 31 is a hollow cathode discharge. In this hollow cathode discharge, electrons are confined in the through hole 31 and have kinetic energy, so that a high density electron space is obtained. Plasma is formed in the through hole 31.

図３（ａ）に示すように、ホローカソード放電が生じる多数の貫通孔３１をカソード電極３０の主面３００に一定の密度で形成することにより、カソード電極３０の第１の主面３０１と第２の主面３０２に均一の高電子密度電界を容易に形成することができる。これは、図３（ｂ）に示すように高密度プラズマが生成される空間が貫通孔３１であるため、カソード電極３０の第１の主面３０１と第２の主面３０２間でプラズマの連続性が確保されているためである。つまり、貫通孔３１を介するプラズマの両極性拡散の性質により、第１の主面３０１と第２の主面３０２間におけるプラズマ密度の濃淡の差が自動的に補正される。このため、プラズマ処理装置１では、カソード電極３０の両面で均一な高密度プラズマの生成が可能である。例えば六方最密配置などのように、カソード電極３０の主面３００に貫通孔３１の開口部３１０を配置する。   As shown in FIG. 3A, the first main surface 301 of the cathode electrode 30 and the first main surface 301 of the cathode electrode 30 are formed by forming a large number of through-holes 31 in which hollow cathode discharge is generated in the main surface 300 of the cathode electrode 30 with a constant density. A uniform high electron density electric field can be easily formed on the two main surfaces 302. This is because, as shown in FIG. 3B, the space in which high-density plasma is generated is the through hole 31, so that the plasma continues between the first main surface 301 and the second main surface 302 of the cathode electrode 30. This is because the sex is secured. In other words, the difference in plasma density between the first main surface 301 and the second main surface 302 is automatically corrected due to the property of the bipolar diffusion of plasma through the through hole 31. For this reason, in the plasma processing apparatus 1, uniform high-density plasma can be generated on both surfaces of the cathode electrode 30. For example, the opening 310 of the through hole 31 is arranged on the main surface 300 of the cathode electrode 30 as in a hexagonal close-packed arrangement.

以下に、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて説明する。   Below, the aperture diameter r of the opening part 310 and the space | interval p of the opening part 310 are demonstrated.

既に説明したように、ホローカソード放電では高密度プラズマが貫通孔３１に形成される。このため、基板１００の表面のうち、カソード電極３０の開口部３１０に対向する領域ではプラズマ密度が高い。一方、平坦部３２では高密度プラズマが形成されないため、開口部３１０に対向する領域から離れた領域では、基板１００の表面のプラズマ密度が低い。なお、図４に示すように開口部３１０の周囲にテーパー部３３を形成した場合、テーパー部３３のプラズマ密度は平坦部３２と同程度である。以下において、基板１００の表面のプラズマ密度が高い領域を「プラズマ高密度領域」、プラズマ密度が低い領域を「プラズマ低密度領域」という。   As already described, high-density plasma is formed in the through holes 31 in the hollow cathode discharge. For this reason, the plasma density is high in the region of the surface of the substrate 100 that faces the opening 310 of the cathode electrode 30. On the other hand, since the high density plasma is not formed in the flat portion 32, the plasma density on the surface of the substrate 100 is low in the region away from the region facing the opening 310. As shown in FIG. 4, when the tapered portion 33 is formed around the opening 310, the plasma density of the tapered portion 33 is approximately the same as that of the flat portion 32. Hereinafter, a region having a high plasma density on the surface of the substrate 100 is referred to as a “plasma high-density region”, and a region having a low plasma density is referred to as a “plasma low-density region”.

プラズマ高密度領域とプラズマ低密度領域では、成膜レートに差が生じる。つまり、プラズマ高密度領域では、プラズマ低密度領域よりも形成される薄膜の膜厚が厚くなる。また、形成された薄膜のプラズマ低密度領域の膜質とプラズマ高密度領域の膜質とに差が生じる。   There is a difference in film formation rate between the plasma high density region and the plasma low density region. That is, in the plasma high density region, the thickness of the thin film formed is larger than that in the plasma low density region. In addition, there is a difference between the film quality of the formed thin film in the plasma low density region and the film quality in the plasma high density region.

例えば、太陽電池基板などのパッシベーション膜を形成する場合には屈折率の面内分布を均一にする必要があるが、プラズマ高密度領域とプラズマ低密度領域とでは形成された薄膜に屈折率の差が生じる。つまり、成膜レートの高いプラズマ高密度領域では屈折率が高い薄膜が形成され、成膜レートの低いプラズマ低密度領域では屈折率が低い薄膜が形成される。   For example, when forming a passivation film such as a solar cell substrate, it is necessary to make the in-plane distribution of the refractive index uniform, but there is a difference in refractive index between the formed thin film in the plasma high-density region and the plasma low-density region. Occurs. That is, a thin film having a high refractive index is formed in a plasma high density region having a high film formation rate, and a thin film having a low refractive index is formed in a plasma low density region having a low film formation rate.

基板１００に形成された薄膜の屈折率などの膜質の分布が、薄膜の模様として観察される場合がある。即ち、カソード電極３０における平坦部３２及びテーパー部３３と貫通孔３１との配置関係が、基板１００に模様（以下において、「カソードマーク」という。）となって転写される。このように、基板１００の表面のプラズマ密度が均一でない場合に、プラズマ高密度領域の範囲がカソードマークとして観察されることになる。仮に膜厚や屈折率のばらつきが特性上は問題ない範囲であっても、カソードマークが発生することによって、製品の外観検査などによって不良品となる恐れがある。   Distribution of film quality such as refractive index of the thin film formed on the substrate 100 may be observed as a pattern of the thin film. That is, the arrangement relationship between the flat portion 32 and the tapered portion 33 and the through hole 31 in the cathode electrode 30 is transferred as a pattern (hereinafter referred to as “cathode mark”) to the substrate 100. Thus, when the plasma density on the surface of the substrate 100 is not uniform, the range of the plasma high density region is observed as the cathode mark. Even if variations in film thickness and refractive index are in the range where there is no problem in terms of characteristics, the occurrence of a cathode mark may result in a defective product due to an appearance inspection of the product.

したがって、膜質の分布によるカソードマークが基板１００に発生しないことが必要であり、このためには開口部３１０の口径ｒや開口部３１０の間隔ｐを設定することが有効であることを本発明者らは見出した。実施形態に係るプラズマ処理装置１では、プラズマ高密度領域が重なり合って基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐが設定されている。基板１００の表面全体でプラズマ密度を均一にすることにより、カソードマークは発生しない。本発明者らは、基板１００の表面全体をプラズマ高密度領域とするための開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて以下のように検討を行った。   Therefore, it is necessary that the cathode mark due to the distribution of film quality does not occur in the substrate 100. For this purpose, it is effective to set the diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310. Found. In the plasma processing apparatus 1 according to the embodiment, the diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310 are set so that the plasma high density regions overlap and the plasma density on the surface of the substrate 100 is uniform. By making the plasma density uniform over the entire surface of the substrate 100, no cathode mark is generated. The inventors of the present invention have examined the diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310 for making the entire surface of the substrate 100 a plasma high-density region as follows.

本発明者らの検討によれば、アノード電極２０とカソード電極３０間に均一にプラズマを発生するためには、アノード電極２０とカソード電極３０間の電極間距離ｄは、１０ｍｍ〜４０ｍｍ程度が好ましく、例えば電極間距離は１６．５ｍｍ程度に設定される。このとき、基板１００の表面における高密度プラズマの広がり幅は、開口部３１０の外縁から１ｍｍ〜１．５ｍｍである。   According to the study by the present inventors, in order to generate plasma uniformly between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30, the inter-electrode distance d between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30 is preferably about 10 mm to 40 mm. For example, the distance between the electrodes is set to about 16.5 mm. At this time, the spread width of the high-density plasma on the surface of the substrate 100 is 1 mm to 1.5 mm from the outer edge of the opening 310.

ここで、比較例として、図４に示したようなテーパー部３３を有するカソード電極３０を使用してホローカソード放電を発生させて薄膜を形成する場合を説明する。基板１００の表面における高密度プラズマの広がり幅ａは、１ｍｍ〜１．５ｍｍであるとする。例えば、口径ｒが５ｍｍの円形状の開口部３１０を有する貫通孔３１の場合には、基板１００の表面におけるプラズマ高密度領域は直径が６ｍｍ〜６．５ｍｍの円形状である。このとき、主面３００と平行なテーパー部分の幅ｍが１ｍｍのテーパー部３３を設けると、平坦部３２の幅ｎを０．５ｍｍとして、開口部３１０の中心間距離ｔは７．５ｍｍである。このため、図５に示すように、直径ｗが６ｍｍ〜６．５ｍｍの円形状のプラズマ高密度領域１１０が基板１００の表面に形成されるが、プラズマ高密度領域１１０の中心間距離ｔは７．５ｍｍである。つまり、基板１００の表面全体を覆うようにはプラズマ高密度領域１１０が重ならない。したがって、円形状のカソードマークが発生する。なお、図５では、説明をわかりやすくするために、隣接した４つの開口部３１０によって形成されるプラズマ高密度領域１１０のみを図示した（以下において同様。）。   Here, as a comparative example, a case where a thin film is formed by generating hollow cathode discharge using the cathode electrode 30 having the tapered portion 33 as shown in FIG. 4 will be described. The spread width a of the high-density plasma on the surface of the substrate 100 is assumed to be 1 mm to 1.5 mm. For example, in the case of the through-hole 31 having a circular opening 310 with a diameter r of 5 mm, the plasma high-density region on the surface of the substrate 100 has a circular shape with a diameter of 6 mm to 6.5 mm. At this time, when the tapered portion 33 having a width m of the tapered portion parallel to the main surface 300 of 1 mm is provided, the width n of the flat portion 32 is set to 0.5 mm, and the center distance t of the opening 310 is 7.5 mm. . Therefore, as shown in FIG. 5, a circular plasma high-density region 110 having a diameter w of 6 mm to 6.5 mm is formed on the surface of the substrate 100, but the center-to-center distance t of the plasma high-density region 110 is 7 .5 mm. That is, the plasma high-density region 110 does not overlap so as to cover the entire surface of the substrate 100. Therefore, a circular cathode mark is generated. In FIG. 5, only the plasma high-density region 110 formed by the four adjacent openings 310 is shown for the sake of easy understanding (the same applies hereinafter).

開口部３１０の間隔ｐを０．５ｍｍよりも狭めることによってプラズマ高密度領域１１０間の距離を短くすることは可能である。しかし、カソード電極３０の機械的強度が低下する。特に、カソード電極３０の材料にカーボンを使用した場合には、開口部３１０の間隔ｐが０．５ｍｍよりも短いと、ホローカソード放電によってカソード電極３０の表面が剥離する問題が生じるという知見を本発明者らは得ている。このため、開口部３１０の間隔ｐは０．５ｍｍ以上が必要である。なお、カーボンはステンレス鋼（ＳＵＳ）よりも加工が容易で且つ熱歪みが少ないため、カソード電極３０の材料に好適に使用される。   It is possible to shorten the distance between the plasma high-density regions 110 by narrowing the interval p of the openings 310 to less than 0.5 mm. However, the mechanical strength of the cathode electrode 30 decreases. In particular, in the case where carbon is used as the material of the cathode electrode 30, it has been found that if the distance p between the openings 310 is shorter than 0.5 mm, the surface of the cathode electrode 30 may be peeled off by hollow cathode discharge. The inventors have obtained. For this reason, the space | interval p of the opening part 310 needs 0.5 mm or more. Since carbon is easier to process and has less thermal distortion than stainless steel (SUS), it is preferably used as a material for the cathode electrode 30.

ところで、開口部３１０の口径ｒは、チャンバー１０の内部の圧力が低い場合ほど大きく設定することができる。しかし、開口部３１０の口径ｒが広すぎると、開口部３１０の中心でのプラズマ密度が周辺部に比べて低くなる。このため、図６に示すようにドーナツ状のプラズマ高密度領域１１０が重なることになり、カソードマークが発生する。開口部３１０の口径ｒは、１０ｍｍよりも小さいことが好ましい。   By the way, the diameter r of the opening 310 can be set larger as the pressure inside the chamber 10 is lower. However, if the diameter r of the opening 310 is too wide, the plasma density at the center of the opening 310 will be lower than that in the periphery. For this reason, as shown in FIG. 6, doughnut-shaped plasma high-density regions 110 are overlapped, and a cathode mark is generated. The diameter r of the opening 310 is preferably smaller than 10 mm.

一方、開口部３１０の口径ｒが小さすぎると、貫通孔３１の内部に堆積した膜による貫通孔３１の目詰まりが発生しやすい。このため、開口部３１０の口径ｒは、５ｍｍ以上であることが好ましい。貫通孔３１が目詰まりすると、成膜レートの低下、膜厚分布の悪化、膜質の劣化などの問題が生じる。更に、カソード電極３０のメンテナンス周期が短くなり、装置ダウンタイムの増加、ランニングコストの上昇といった問題が生じる。   On the other hand, if the diameter r of the opening 310 is too small, the through hole 31 is likely to be clogged with a film deposited inside the through hole 31. For this reason, it is preferable that the aperture diameter r of the opening 310 is 5 mm or more. When the through hole 31 is clogged, problems such as a decrease in film formation rate, deterioration in film thickness distribution, and deterioration in film quality occur. Furthermore, the maintenance cycle of the cathode electrode 30 is shortened, causing problems such as an increase in apparatus downtime and an increase in running cost.

これに対し、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを適切に設定することによって、貫通孔３１の目詰まりの発生を抑制しつつ、基板１００の表面全体を覆うようにプラズマ高密度領域１１０を重ね合わせることができる。例えば、図７に示すように、テーパー部を設けない口径ｒが６．５ｍｍの円形状の開口部３１０を有する貫通孔３１の場合に、開口部３１０の間隔ｐを０．５ｍｍとすると、中心間距離ｔは７．５ｍｍである。高密度プラズマの広がり幅ａが１ｍｍ〜１．５ｍｍである場合に、プラズマ高密度領域１１０は直径７．５ｍｍ〜８ｍｍの円形状である。これにより、図８に示すように、プラズマ高密度領域１１０が重なり合って基板１００の表面におけるプラズマ密度が均一になる。このため、カソードマークの発生を防止できる。   On the other hand, by appropriately setting the diameter r of the opening 310 and the interval p between the openings 310, the plasma high density is formed so as to cover the entire surface of the substrate 100 while suppressing the clogging of the through hole 31. Regions 110 can be overlaid. For example, as shown in FIG. 7, in the case of a through hole 31 having a circular opening 310 with a diameter r of 6.5 mm without a tapered portion, if the interval p between the openings 310 is 0.5 mm, The distance t is 7.5 mm. When the spread width a of the high density plasma is 1 mm to 1.5 mm, the plasma high density region 110 has a circular shape with a diameter of 7.5 mm to 8 mm. As a result, as shown in FIG. 8, the plasma high density regions 110 overlap each other, and the plasma density on the surface of the substrate 100 becomes uniform. For this reason, generation | occurrence | production of a cathode mark can be prevented.

以下に、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて具体的に検討する。開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐとカソードマークの発生の有無を調査するために、基板１００にシリコン基板を使用し、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜を成膜した。ここでは、屈折率が２．０〜２．３で膜厚が８０〜９０μｍのＳｉＮ膜を基板１００上に形成するプロセス条件を設定した。この場合、プロセスガス４００にはモノシラン（ＳｉＨ4）ガス、アンモニア（ＮＨ3）ガス及び窒素（Ｎ2）ガスの混合ガスを用いる。流量は、ＳｉＨ4ガスが１８００〜２３００ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスが４５００〜８０００ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスが０〜２０００ｓｃｃｍである。チャンバー１０内の圧力は７０〜１００Ｐａであり、プロセスガス４００の温度が４００℃程度である。プラズマを発生させるためにアノード電極２０とカソード電極３０との間に供給される電力（以下において「供給電力」という。）の大きさは、４０００〜７０００Ｗである。 Hereinafter, the diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310 will be specifically examined. In order to investigate the diameter r of the opening 310, the interval p of the opening 310, and the occurrence of cathode marks, a silicon substrate was used as the substrate 100, and a silicon nitride (SiN) film was formed. Here, process conditions for forming a SiN film having a refractive index of 2.0 to 2.3 and a thickness of 80 to 90 μm on the substrate 100 were set. In this case, the process gas 400 is a mixed gas of monosilane (SiH 4 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas and nitrogen (N 2 ) gas. The flow rates are 1800 to 2300 sccm for SiH 4 gas, 4500 to 8000 sccm for NH 3 gas, and 0 to 2000 sccm for N 2 gas. The pressure in the chamber 10 is 70 to 100 Pa, and the temperature of the process gas 400 is about 400 ° C. The magnitude of electric power (hereinafter referred to as “supplied electric power”) supplied between the anode electrode 20 and the cathode electrode 30 for generating plasma is 4000 to 7000 W.

本発明者らは、図９に示した開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐについて条件を変えて、屈折率が２．０５で膜厚が８５ｎｍのＳｉＮ膜を基板１００に形成し、カソードマークの発生の有無を調査した。このとき、図１０に示すように、カソード電極３０の開口部３１０の口径ｒを５ｍｍ〜１０ｍｍの間で変化させ、開口部３１０の間隔ｐを１ｍｍ〜２ｍｍの間で変化させたカソード電極３０のサンプルを用意した。カソード電極３０は、厚みが４ｍｍのカーボン製である。プロセス条件は、ＳｉＨ4ガスの流量を１８５０ｓｃｃｍ、ＮＨ3ガスの流量を７６８０ｓｃｃｍ、Ｎ2ガスの流量を２０００ｓｃｃｍとした。また、チャンバー１０内の圧力を８５Ｐａとした。そして、カソード電極３０とアノード電極２０間の電極間距離ｄ、及び供給電力の大きさを変化させた。なお、図１０に示したサンプルＳ１−１〜サンプルＳ１−５を同一工程で使用し、サンプルＳ２−１〜サンプルＳ２−４を同一工程で使用した。図１０に、開口部３１０の中心間距離ｔ、貫通孔３１の個数、主面３００における貫通孔３１の開口部３１０の総面積、及びカソード電極３０の主面３００の面積に対する開口部３１０の総面積の面積比率を併せて示す。 The inventors changed the conditions for the aperture diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310 shown in FIG. 9 to form a SiN film having a refractive index of 2.05 and a film thickness of 85 nm on the substrate 100. The presence or absence of cathode marks was investigated. At this time, as shown in FIG. 10, the diameter r of the opening 310 of the cathode electrode 30 is changed between 5 mm and 10 mm, and the interval p of the opening 310 is changed between 1 mm and 2 mm. A sample was prepared. The cathode electrode 30 is made of carbon having a thickness of 4 mm. The process conditions were such that the flow rate of SiH 4 gas was 1850 sccm, the flow rate of NH 3 gas was 7680 sccm, and the flow rate of N 2 gas was 2000 sccm. The pressure in the chamber 10 was 85 Pa. The inter-electrode distance d between the cathode electrode 30 and the anode electrode 20 and the magnitude of the supplied power were changed. In addition, Sample S1-1 to Sample S1-5 shown in FIG. 10 were used in the same process, and Sample S2-1 to Sample S2-4 were used in the same process. FIG. 10 illustrates the distance t between the centers of the openings 310, the number of through holes 31, the total area of the openings 310 of the through holes 31 in the main surface 300, and the total number of the openings 310 with respect to the area of the main surface 300 of the cathode electrode 30. The area ratio of the areas is also shown.

図１１に、供給電力の大きさを変化させた場合の、カソードマークの発生の有無を調査した結果を示す。図１１に示すように、５．５ｋＷ〜７．５ｋＷの範囲で供給電力の大きさを変化させて、プラズマ処理装置１によってＳｉＮ膜を基板１００に形成した。各サンプルで、電極間距離ｄは１６．５ｍｍで一定とした。図１１では、同一条件でＳｉＮ膜を形成した基板１００の総数に対するカソードマークの発生した基板１００の枚数を示している。なお、サンプルＳ０は、図４に示したテーパー部３３を有するカソード電極３０であり、貫通孔３１の口径ｒが５ｍｍ、テーパー部３３の幅ｍが１ｍｍ、平坦部３２の幅ｎが０．５ｍｍである。   FIG. 11 shows the result of investigating whether or not the cathode mark is generated when the magnitude of the supplied power is changed. As shown in FIG. 11, the SiN film was formed on the substrate 100 by the plasma processing apparatus 1 while changing the magnitude of the supplied power in the range of 5.5 kW to 7.5 kW. In each sample, the inter-electrode distance d was fixed at 16.5 mm. FIG. 11 shows the number of substrates 100 on which cathode marks are generated with respect to the total number of substrates 100 on which SiN films are formed under the same conditions. Sample S0 is the cathode electrode 30 having the taper portion 33 shown in FIG. 4, the aperture r of the through hole 31 is 5 mm, the width m of the taper portion 33 is 1 mm, and the width n of the flat portion 32 is 0.5 mm. It is.

図１１に示したように、サンプルＳ１−３、サンプルＳ１−４、サンプルＳ１−５ではカソードマークの発生していない場合がある。特に、供給電力が小さい場合には、カソードマークの発生が少ない。一方、他のサンプルではカソードマークが発生しており、特にサンプルＳ２−２〜サンプルＳ２−４ではすべての基板１００でカソードマークが発生している。   As shown in FIG. 11, the cathode mark may not be generated in the sample S1-3, the sample S1-4, and the sample S1-5. In particular, when the supplied power is small, the generation of cathode marks is small. On the other hand, cathode marks are generated in other samples, and in particular, in the samples S2-2 to S2-4, the cathode marks are generated on all the substrates 100.

このため、サンプルＳ１−１〜サンプルＳ１−５について、供給電力の大きさが５．５ｋＷと小さい場合に電極間距離ｄを変化させて、カソードマークの発生の有無を調査した。調査結果を図１２に示す。図１２に示すように、サンプルＳ１−３〜サンプルＳ１−５の場合に、カソードマークの発生が少ない。特に、電極間距離ｄが広い場合ほど、カソードマークが発生していない。   For this reason, for sample S1-1 to sample S1-5, when the magnitude of the supplied power was as small as 5.5 kW, the inter-electrode distance d was changed to investigate whether or not a cathode mark was generated. The survey results are shown in FIG. As shown in FIG. 12, in the case of sample S1-3 to sample S1-5, the occurrence of cathode marks is small. In particular, as the inter-electrode distance d is wider, the cathode mark is not generated.

以上の結果から、カソードマークの発生を抑制するためには、サンプルＳ１−３〜サンプルＳ１−５での開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐの条件が好ましい。このとき、供給電力は小さいほど好ましく、プラズマが安定して形成される範囲で電極間距離ｄは広いほど好ましい。例えば供給電力を５．５ｋＷとし、電極間距離ｄを１６．５ｍｍとする。   From the above results, in order to suppress the generation of the cathode mark, the conditions of the diameter r of the opening 310 and the interval p of the openings 310 in the samples S1-3 to S1-5 are preferable. At this time, the supplied power is preferably as small as possible, and the electrode distance d is preferably as wide as possible in a range where plasma is stably formed. For example, the supplied power is set to 5.5 kW, and the inter-electrode distance d is set to 16.5 mm.

なお、図１１及び図１２には、ＳｉＮ膜が所定の膜厚になるまでの「成膜時間」、及び形成された薄膜の「膜厚の均一性」についても記載した。供給電力は５．５ｋＷ、電極間距離ｄは１６．５ｍｍである。処理時間の観点からは成膜時間の短いサンプルＳ１−３が好ましい。一方、膜厚の均一性が良好なのはサンプルＳ１−５である。要求される製品のスペックやタスクタイムに応じて、開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを適宜選択すればよい。   In FIG. 11 and FIG. 12, “film formation time” until the SiN film reaches a predetermined film thickness and “film thickness uniformity” of the formed thin film are also described. The supplied power is 5.5 kW, and the distance d between the electrodes is 16.5 mm. From the viewpoint of processing time, sample S1-3 having a short film formation time is preferable. On the other hand, Sample S1-5 has good film thickness uniformity. What is necessary is just to select suitably the aperture diameter r of the opening part 310, and the space | interval p of the opening part 310 according to the specification and task time of a product which are requested | required.

また、本発明者らは検討を重ねた結果、開口部３１０の口径ｒには、ホローカソード放電によって形成されるプラズマを状態よく安定に維持する適正値が存在することを見出した。即ち、開口部３１０の口径ｒが、ホローカソード放電が発生したチャンバー１０内の電子の平均自由工程（ＭＦＰ）の３倍〜４倍である場合に、プラズマが安定して維持されるという新たな知見が得られた。チャンバー１０内での電子の平均自由工程は、チャンバー１０の内部の圧力に依存する。したがって、開口部３１０の口径ｒは、チャンバー１０の内部の圧力に応じて設定される。例えば、成膜工程時のプロセスガス４００の温度が４００℃程度である場合、チャンバー１０の圧力が８０Ｐａ〜１００Ｐａでは、チャンバー１０内での電子の平均自由工程は１．２ｍｍ〜１．６ｍｍである。この場合、開口部３１０の口径ｒは３．６ｍｍ〜６．４ｍｍの範囲に設定することが好ましい。   Further, as a result of repeated studies, the present inventors have found that there is an appropriate value for maintaining the plasma formed by the hollow cathode discharge in a stable state in the diameter r of the opening 310. That is, when the aperture diameter r of the opening 310 is 3 to 4 times the mean free path (MFP) of electrons in the chamber 10 where the hollow cathode discharge has occurred, a new plasma is stably maintained. Knowledge was obtained. The mean free path of electrons in the chamber 10 depends on the pressure inside the chamber 10. Therefore, the diameter r of the opening 310 is set according to the pressure inside the chamber 10. For example, when the temperature of the process gas 400 during the film forming step is about 400 ° C., the average free step of electrons in the chamber 10 is 1.2 mm to 1.6 mm when the pressure of the chamber 10 is 80 Pa to 100 Pa. . In this case, the aperture r of the opening 310 is preferably set in the range of 3.6 mm to 6.4 mm.

図１３に、プラズマ処理装置１にサンプルＳ１−１〜サンプルＳ１−５及びサンプルＳ０のカソード電極３０を使用してＳｉＮ膜を基板１００に形成した場合の、少数キャリアのキャリアライフタイムを測定した結果を示す。成膜工程では、供給電力を５．５ｋＷ、電極間距離ｄを１６．５ｍｍとした。ＳｉＮ膜は、基板１００の両面に形成した。なお、太陽電池基板に電極を形成するために行う電極ペーストの焼成処理を想定し、ＳｉＮ膜の形成後に８００℃のアニール処理を行った。キャリアライフタイムは、レーザが照射されたサンプルに発生するキャリアの量を測定するμ−ＰＣＤ法により測定した。   FIG. 13 shows the result of measuring the carrier lifetime of minority carriers when the SiN film is formed on the substrate 100 using the cathodes 30 of the samples S1-1 to S1-5 and the sample S0 in the plasma processing apparatus 1. Indicates. In the film forming process, the supplied power was 5.5 kW, and the inter-electrode distance d was 16.5 mm. SiN films were formed on both surfaces of the substrate 100. Note that an annealing process at 800 ° C. was performed after the formation of the SiN film, assuming an electrode paste firing process for forming electrodes on the solar cell substrate. The carrier lifetime was measured by the μ-PCD method for measuring the amount of carriers generated in the sample irradiated with the laser.

図１３に示すように、テーパー部３３を設けたサンプルＳ０も含め、いずれのサンプルにおいても同等のキャリアライフタイムが得られている。即ち、例えば太陽電池基板などのパッシベーション膜を形成する場合にも、各サンプルで同等の膜質が得られる。したがって、サンプルＳ１−３やサンプルＳ１−５のカソード電極３０を使用して、テーパー部３３を有するカソード電極を使用した場合と同等の膜質の薄膜を形成でき、且つ、カソードマークの発生を抑制することができる。   As shown in FIG. 13, the same carrier lifetime is obtained in any sample including the sample S0 provided with the tapered portion 33. That is, even when a passivation film such as a solar cell substrate is formed, the same film quality can be obtained for each sample. Therefore, the cathode electrode 30 of the sample S1-3 or the sample S1-5 can be used to form a thin film having a film quality equivalent to that when the cathode electrode having the tapered portion 33 is used, and the generation of the cathode mark is suppressed. be able to.

以上に説明したように、プラズマ高密度領域１１０が重なり合うように開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定することによって、ホローカソード放電によって基板１００の表面に高密度プラズマを均一に発生させることができる。その結果、本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置１によれば、基板１００の表面で成膜レートに差が発生せず、また、薄膜の膜質に差が生じない。このため、カソードマークの発生を抑制できる。   As described above, by setting the aperture diameter r of the opening 310 and the interval p of the opening 310 so that the plasma high-density regions 110 overlap with each other, the high-density plasma is uniformly applied to the surface of the substrate 100 by hollow cathode discharge. Can be generated. As a result, according to the plasma processing apparatus 1 according to the embodiment of the present invention, there is no difference in film formation rate on the surface of the substrate 100, and there is no difference in film quality of the thin film. For this reason, generation | occurrence | production of a cathode mark can be suppressed.

なお、既に述べたように、テーパー部３３のプラズマ密度は平坦部３２と同程度である。したがって、テーパー部３３と平坦部３２とを合わせた領域の幅を開口部３１０の間隔ｐとして、基板１００の表面全体がプラズマ高密度領域になるように開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定してもよい。つまり、開口部３１０にテーパー部３３が設けられた場合にも、基板１００の表面でプラズマ高密度領域１１０が重なり合うようにすることによって、カソードマークの発生を抑制できる。しかし、テーパー部３３を設けることによって平坦部３２の幅ｎが狭くなり、カソード電極３０の機械的強度が低下する。このため、プラズマ低密度領域を形成するテーパー部３３を開口部３１０に形成しないことが好ましい。   As already described, the plasma density of the tapered portion 33 is approximately the same as that of the flat portion 32. Therefore, assuming that the width of the region where the tapered portion 33 and the flat portion 32 are combined is the interval p of the opening 310, the diameter r of the opening 310 and the opening 310 so that the entire surface of the substrate 100 becomes a plasma high-density region. The interval p may be set. That is, even when the opening portion 310 is provided with the tapered portion 33, the generation of the cathode mark can be suppressed by causing the plasma high-density region 110 to overlap the surface of the substrate 100. However, by providing the tapered portion 33, the width n of the flat portion 32 becomes narrow, and the mechanical strength of the cathode electrode 30 is reduced. For this reason, it is preferable not to form the taper part 33 which forms a plasma low density area | region in the opening part 310. FIG.

＜変形例＞
上記では、カソード電極３０に貫通孔３１を形成することによって、カソード電極３０の表面に凹部を形成した。一方、図１４に示すように、カソード電極３０の表面にのみ凹部を形成してもホローカソード放電が発生する。この場合にも、貫通孔３１を形成する場合と同様に、基板１００の表面でプラズマ高密度領域１１０が重なり合うように凹部の開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定することによって、カソードマークの発生を抑制できる。 <Modification>
In the above, by forming the through hole 31 in the cathode electrode 30, the recess is formed on the surface of the cathode electrode 30. On the other hand, as shown in FIG. 14, hollow cathode discharge occurs even if a recess is formed only on the surface of the cathode electrode 30. Also in this case, as in the case of forming the through hole 31, by setting the diameter r of the opening 310 of the recess and the interval p of the opening 310 so that the plasma high-density region 110 overlaps the surface of the substrate 100. The generation of cathode marks can be suppressed.

（その他の実施形態）
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。 (Other embodiments)
As mentioned above, although this invention was described by embodiment, it should not be understood that the description and drawing which form a part of this indication limit this invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.

既に述べた実施形態においては貫通孔３１の開口部３１０が円形状である例を示したが、開口部３１０が多角形状であってもよい。   In the embodiment described above, an example in which the opening 310 of the through hole 31 is circular is shown, but the opening 310 may be polygonal.

また、上記ではプラズマ処理装置１をプラズマＣＶＤ装置に適用した例を説明したが、プラズマ処理装置１をプラズマエッチング装置やプラズマアッシング装置などに適用可能である。   Moreover, although the example which applied the plasma processing apparatus 1 to the plasma CVD apparatus was demonstrated above, the plasma processing apparatus 1 is applicable to a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus, etc.

例えば、プラズマエッチング用ガスをプロセスガス４００としてチャンバー１０内に導入することによって、基板１００上に形成された膜をエッチング除去するプラズマエッチング装置を実現できる。プラズマエッチング用ガスはエッチング対象の材料によって適宜選択されるが、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ3）ガスや四フッ化炭素（ＣＦ4）ガスなどのフッ素系ガスを採用可能である。また、プラズマアッシング用ガスをプロセスガス４００としてチャンバー１０内に導入することによって、カソード電極３０を用いたプラズマアッシング装置を実現できる。例えば、プロセスガス４００として酸素及びアルゴンガスを使用することにより、エッチング用マスクとして基板１００に形成されたカーボン膜やフォトレジスト膜などをアッシングできる。 For example, by introducing a plasma etching gas into the chamber 10 as the process gas 400, a plasma etching apparatus that etches and removes a film formed on the substrate 100 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 used. Further, by introducing a plasma ashing gas into the chamber 10 as the process gas 400, a plasma ashing apparatus using the cathode electrode 30 can be realized. For example, by using oxygen and argon gas as the process gas 400, a carbon film, a photoresist film, or the like formed on the substrate 100 as an etching mask can be ashed.

上記のようなプラズマエッチング装置やプラズマアッシング装置においても、基板１００の表面全体を覆ってプラズマ高密度領域１１０が重なり合うように、カソード電極３０の開口部３１０の口径ｒ及び開口部３１０の間隔ｐを設定することは有効である。即ち、基板１００の表面のプラズマ密度を均一にすることによって、プラズマエッチング装置、プラズマアッシング装置などの処理速度や精度を向上できる。例えば、基板１００の表面に膜が不均一に残ることを抑制できる。   Also in the plasma etching apparatus and the plasma ashing apparatus as described above, the diameter r of the opening 310 of the cathode electrode 30 and the interval p of the opening 310 are set so as to cover the entire surface of the substrate 100 and the plasma high density region 110 overlaps. Setting is effective. That is, by making the plasma density on the surface of the substrate 100 uniform, the processing speed and accuracy of a plasma etching apparatus, a plasma ashing apparatus, and the like can be improved. For example, the film can be prevented from remaining unevenly on the surface of the substrate 100.

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。   As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

１…プラズマ処理装置
１０…チャンバー
２０…アノード電極
３０…カソード電極
３１…貫通孔
３２…平坦部
３３…テーパー部
４０…ガス供給装置
５０…交流電源
６０…ガス排気装置
１００…基板
１１０…プラズマ高密度領域
３１０…開口部
４００…プロセスガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma processing apparatus 10 ... Chamber 20 ... Anode electrode 30 ... Cathode electrode 31 ... Through-hole 32 ... Flat part 33 ... Tapered part 40 ... Gas supply apparatus 50 ... AC power supply 60 ... Gas exhaust apparatus 100 ... Substrate 110 ... Plasma high density Area 310 ... Opening 400 ... Process gas

Claims (5)

プロセスガスが導入されるチャンバーと、
前記チャンバーの内部に配置されたアノード電極と、
前記アノード電極に搭載された基板と対向する主面に複数の凹部が形成され、前記アノード電極との間に電力が供給されてホローカソード放電を発生させるカソード電極と
を備え、前記ホローカソード放電によって前記複数の凹部の開口部にそれぞれ形成されるプラズマの高密度領域が互いに重なり合って前記基板の表面におけるプラズマ密度が均一であるように、前記開口部の口径及び前記開口部の間隔が設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 A chamber into which the process gas is introduced;
An anode electrode disposed inside the chamber;
A plurality of recesses formed in a main surface facing the substrate mounted on the anode electrode, and a cathode electrode that generates a hollow cathode discharge when electric power is supplied to the anode electrode. The aperture diameter and the interval between the openings are set so that the high-density regions of plasma formed in the openings of the plurality of recesses overlap each other and the plasma density on the surface of the substrate is uniform. A plasma processing apparatus. 前記開口部の間隔が、前記アノード電極と前記カソード電極との間隔及び前記アノード電極と前記カソード電極の間に供給される前記電力の大きさに応じて設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。   The interval between the openings is set according to the interval between the anode electrode and the cathode electrode and the magnitude of the electric power supplied between the anode electrode and the cathode electrode. 2. The plasma processing apparatus according to 1. 前記開口部の間隔が１ｍｍ乃至１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。   The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a distance between the openings is 1 mm to 1.5 mm. 前記開口部の口径が、前記チャンバーの内部の圧力に応じて設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。   4. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a diameter of the opening is set in accordance with a pressure inside the chamber. 5. 前記開口部の口径が、ホローカソード放電が発生した前記チャンバーの内部における電子の平均自由工程の３倍乃至４倍であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ処理装置。   5. The plasma processing apparatus according to claim 4, wherein a diameter of the opening is 3 to 4 times a mean free path of electrons inside the chamber in which a hollow cathode discharge is generated.
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