JP2001271168A - Surface treating device - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は基板への各種表面処
理、特に基板への成膜処理に適した表面処理装置に関
し、更に詳しくは、結晶質薄膜を高品質で且つ高速に成
膜することが可能な表面処理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a surface treatment apparatus suitable for various surface treatments on a substrate, and more particularly, to a surface treatment apparatus suitable for film formation on a substrate. The present invention relates to a surface treatment apparatus capable of performing the following.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から平行平板電極に高周波電力を印
加して反応ガスをプラズマ状態にし、化学的に活性なイ
オンやラジカルに分解させて、エッチングや成膜などの
表面処理を行う表面処理装置が知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, a surface treatment apparatus for applying a high-frequency power to a parallel plate electrode to convert a reaction gas into a plasma state and decompose it into chemically active ions and radicals to perform surface treatment such as etching and film formation. It has been known.
【0003】例えば、成膜処理を行う従来の平行平板型
プラズマCVD (Chemical VaporDeposition) 装置は、
ケーシング内に一対の平板状のプラズマ発生電極が平行
に対向して設けられている。前記プラズマ発生電極のう
ち、一方の電極は基板支持台としての機能を兼ね備えて
おり、更に、同装置は基板の温度を、気相成長に適した
温度に調整するためにヒータが設けられている。前記一
方の電極に基板を載置した状態で、両プラズマ発生電極
間に高周波数の電源(13. 56MHzの電源)による
電力が印加されると、これら電極間でプラズマが発生
し、原料ガス、例えばモノシランガスが活性化され、前
記基板表面にシリコン膜が形成される。For example, a conventional parallel plate type plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus for performing a film forming process is as follows.
A pair of flat plate-like plasma generating electrodes are provided in the casing so as to face in parallel. One of the plasma generating electrodes also has a function as a substrate support, and further, the device is provided with a heater to adjust the temperature of the substrate to a temperature suitable for vapor phase growth. . When a high-frequency power source (13.56 MHz power source) is applied between the two plasma generating electrodes while the substrate is placed on the one electrode, plasma is generated between the electrodes and the source gas, For example, a monosilane gas is activated, and a silicon film is formed on the substrate surface.
【0004】かかる従来の平行平板型のプラズマCVD
装置にあっては、基板を載置する平板状の前記プラズマ
発生電極の面積を大きくすることで、大面積の基板を一
度の成膜処理で成膜することができるといった利点を有
している。しかしながら、従来の平行平板型のプラズマ
CVD装置にあっては、両プラズマ発生電極によりプラ
ズマ化された原料ガスは成膜ガス処理室内に均一に拡散
され、その一部が前記電極上に載置された基板の成膜に
寄与するだけである。このため原料ガスの利用効率が低
く、例えばアモルファスシリコン薄膜や徴結晶シリコン
薄膜を基板上に成膜しようとする場合、成膜速度が1〜
2Å/sec.程度と、投入電力が大きいにもかかわらず、
成膜速度は遅い。そのため太陽電池などの比較的膜厚の
厚い半導体デバイスを製作するには、更に長時問を要
し、低スループット、高コストの主要因となっていた。[0004] Such conventional parallel plate type plasma CVD.
The apparatus has an advantage that a large-area substrate can be formed by a single film-forming process by increasing the area of the plate-shaped plasma generating electrode on which the substrate is placed. . However, in the conventional parallel plate type plasma CVD apparatus, the source gas converted into plasma by both plasma generating electrodes is uniformly diffused into the film forming gas processing chamber, and a part thereof is placed on the electrode. It only contributes to the deposition of the substrate. For this reason, the utilization efficiency of the source gas is low. For example, when an amorphous silicon thin film or a crystalline silicon thin film is to be formed on a substrate, the film forming speed is 1 to 1.
Despite the large input power of about 2Å / sec.
The deposition rate is slow. Therefore, it takes a longer time to manufacture a semiconductor device having a relatively large thickness such as a solar cell, which has been a main factor of low throughput and high cost.
【0005】そこで、成膜速度を上げるために、高周波
電源による投入電力を増大させることも考えられる。し
かしながら、投入電力を増大させることにより、プラズ
マ中の荷電粒子のもつエネルギーが大きくなる。この高
エネルギーをもった荷電粒子の基板への衝突によるダメ
ージで、同基板は膜質に劣化を来す。更には高周波電源
による高周波電力の増大に伴い、気相中で微粉末が多量
に発生することになり、微粉末による膜質の劣化も飛躍
的に増大することとなる。Therefore, it is conceivable to increase the power supplied by the high-frequency power supply in order to increase the film forming speed. However, by increasing the input power, the energy of the charged particles in the plasma increases. Damage caused by the collision of the charged particles having high energy with the substrate degrades the film quality of the substrate. Further, with the increase of the high frequency power by the high frequency power source, a large amount of fine powder is generated in the gas phase, and the deterioration of the film quality due to the fine powder also increases dramatically.
【0006】従って、従来の平行平板型のプラズマCV
D装置にあっては、こうした高エネルギーの荷電粒子の
衝突によるダメージや微粉末による膜質の劣化を避ける
ために、投入電力を抑えざるを得ない。即ち、実質的に
は投入電力の上限値が存在し、成膜速度を一定レベル以
上に高めることができなかった。Accordingly, a conventional parallel plate type plasma CV
In the case of the D apparatus, the input power must be reduced in order to avoid damage due to collision of charged particles of high energy and deterioration of the film quality due to fine powder. That is, the upper limit of the input power substantially exists, and the film formation rate cannot be increased to a certain level or more.
【0007】また、平行平板型のプラズマによるエッチ
ング装置にあっては、投入電力の増大による処理品質の
劣化は成膜処理に比べれば少ないため、投入電力を増大
させて処理速度をある程度は高めることができる。しか
しながら、エッチング処理の品質向上や製造効率の向
上、製造コストの削減などの目的から、更なる処理速度
の向上が望まれているのが現状である。Further, in a parallel plate type plasma etching apparatus, since the deterioration of the processing quality due to the increase of the input power is smaller than that of the film forming process, it is necessary to increase the input power to increase the processing speed to some extent. Can be. However, for the purpose of improving the quality of the etching process, improving the manufacturing efficiency, and reducing the manufacturing cost, it is presently desired to further improve the processing speed.
【0008】これに対して、特開平11−145492
号公報に開示されている走行する被処理体である帯状部
材への光起電力素子の形成装置は、高周波電力印加電極
(カソード電極)の放電空間における表面積を、前記帯
状部材を含むアノード電極全体の放電空間における表面
積よりも大きくし、グロー放電生起時のカソード電極の
電位を帯状部材を含む接地されたアノード電極に対して
+30V以上の正電位を維持させている。更に、前記カ
ソード電極には前記帯状部材の走行方向に直交して複数
のしきり状電極を設置し、隣り合うしきり状電極の間に
も放電を生起させている。このように、帯状部材及びア
ノード電極に対してカソード電極を+30V以上の正電
位に維持すると共に、しきり状電極をもつ上述のような
カソード電極構造とすることにより、帯状部材を含むア
ノード電極側において材料ガスの励起、分解反応を促進
している。On the other hand, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-145492 discloses
The apparatus for forming a photovoltaic element on a belt-shaped member, which is a moving object to be processed, disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. H11-146, discloses a method in which the surface area of a high-frequency power application electrode (cathode electrode) in a discharge space is reduced to the entire anode electrode including the belt-shaped member. And the surface potential of the cathode electrode when a glow discharge occurs is maintained at a positive potential of +30 V or more with respect to the grounded anode electrode including the belt-shaped member. Further, a plurality of threshold electrodes are provided on the cathode electrode at right angles to the running direction of the belt-shaped member, and discharge is generated between adjacent threshold electrodes. As described above, the cathode electrode is maintained at a positive potential of +30 V or more with respect to the strip-shaped member and the anode electrode, and the cathode electrode structure having the cut-off electrodes as described above is used. It promotes the excitation and decomposition reaction of material gas.
【0009】上記公報に開示された光起電力素子の形成
装置は確かに、帯状部材を含むアノード電極側において
材料ガスの励起、分解反応を促進することにより、成膜
速度は向上すると考えられる。しかしながら、帯状部材
とカソード電極との空間においてもグロー放電を発生さ
せているため、相変わらず荷電粒子の衝突によるダメー
ジは避けられない。It is considered that the film forming rate of the photovoltaic device forming apparatus disclosed in the above publication is certainly improved by promoting the excitation and decomposition reaction of the material gas on the anode electrode side including the belt-shaped member. However, since glow discharge is also generated in the space between the belt-shaped member and the cathode electrode, damage due to collision of charged particles is still unavoidable.
【0010】そこで、例えば特開昭61−32417号
公報に開示されている薄膜形成装置は、基板に薄膜形成
を行うための真空室内に、対向する一対のプラズマ発生
電極を有する画成室からなる活性化気体発生装置が配さ
れている。前記活性化気体発生装置の一壁部には活性化
気体を真空室内へと噴出するための単一の細孔が形成さ
れている。また、前記真空室内には前記細孔に対向する
位置に基板が支持されている。Therefore, for example, a thin film forming apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-32417 comprises a definition chamber having a pair of opposed plasma generating electrodes in a vacuum chamber for forming a thin film on a substrate. An activation gas generator is provided. A single pore is formed in one wall of the activation gas generator for ejecting the activation gas into the vacuum chamber. A substrate is supported in the vacuum chamber at a position facing the pores.
【0011】前記薄膜形成装置では前記一対のプラズマ
発生電極に高周波電力を印加して、両電極間にグロー放
電を発生させてプラズマを作る。前記活性化気体発生装
置内に導入された原料ガスは、このプラズマによって分
解される。このとき、真空室に配された真空ポンプと前
記細孔のコンダクタンスとを調整することにより、前記
真空室の真空度を前記活性化気体発生装置よりも2〜3
桁低くなるようにして、活性化された原料ガスを基板に
向けて前記細孔から噴出させる。In the thin film forming apparatus, high frequency power is applied to the pair of plasma generating electrodes to generate a glow discharge between the two electrodes to generate plasma. The source gas introduced into the activated gas generator is decomposed by the plasma. At this time, by adjusting the vacuum pump disposed in the vacuum chamber and the conductance of the pore, the degree of vacuum in the vacuum chamber is set to be 2-3 times higher than in the activated gas generator.
The activated source gas is ejected from the pores toward the substrate so as to have an order of magnitude lower.
【0012】このように薄膜形成を行う真空室内におい
て画成された活性化気体発生装置の内部にプラズマ発生
電極を配し、同活性化気体発生装置において活性化され
た原料ガスを基板に向けて積極的に吹き付ける薄膜形成
装置では、投入電力を増大させることなく、成膜速度を
高めることができる。更には、投入電力を増大させてよ
り強いプラズマを発生させた場合にも、プラズマ発生電
極は画成された前記活性化気体発生装置内に設置されて
おり、同電極間でのグロー放電により基板へダメージを
与える虞れが全くない。そのため、投入電力を増大させ
て成膜速度を更に高めることが可能となる。また、成膜
速度が高まるにもかかわらず、薄膜の結晶化も促進さ
れ、従来よりも速い成膜速度で高品質の薄膜を形成する
ことができる。A plasma generating electrode is arranged inside an activated gas generator defined in a vacuum chamber for forming a thin film as described above, and the raw material gas activated in the activated gas generator is directed toward a substrate. In the thin film forming apparatus that actively sprays, the film forming speed can be increased without increasing the input power. Furthermore, even when the input power is increased to generate stronger plasma, the plasma generating electrode is installed in the defined activated gas generator, and the substrate is generated by glow discharge between the electrodes. There is no danger of damaging the surface. Therefore, it is possible to further increase the film forming speed by increasing the input power. In addition, crystallization of the thin film is promoted in spite of an increase in the film forming rate, and a high-quality thin film can be formed at a film forming rate higher than that in the related art.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】このように、プラズマ
発生室と成膜処理室とを画成することにより成膜速度が
高まってはいるが、更なる成膜速度の向上が望まれてお
り、特に、太陽電池等の用途として微結晶薄膜の高速成
膜が強く望まれている。更には、二つの室に画成してい
るため表面処理装置の内部構造が複雑になり、また、二
つの室での差圧発生のために大型の真空ポンプが必要で
あるなど、その製作コストが高騰するといった問題もあ
る。そこで本発明はかかる要望を達成すべく、更に高速
且つ高品質に表面処理が可能で、製作コストの低減が図
れる表面処理装置を提供することを目的とする。As described above, although the deposition rate is increased by defining the plasma generation chamber and the deposition processing chamber, it is desired to further improve the deposition rate. In particular, high-speed deposition of a microcrystalline thin film is strongly desired for use in solar cells and the like. Furthermore, since it is divided into two chambers, the internal structure of the surface treatment apparatus becomes complicated, and a large vacuum pump is required to generate a pressure difference between the two chambers, so that the manufacturing cost is increased. There is also a problem that soaring. Accordingly, an object of the present invention is to provide a surface treatment apparatus capable of performing surface treatment at higher speed and with higher quality and reducing manufacturing cost in order to achieve such a demand.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段及び作用効果】かかる課題
を解決するために、請求項1に係る発明は、プラズマ発
生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えたケー
シング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマを発
生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台上に
載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装置で
あって、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領
域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一
以上のプラズマ吹出口を有するプレート部材が介装され
ており、少なくとも一の前記プレート部材は一以上のホ
ロー放電発生域を有してなることを特徴としている。Means for Solving the Problems and Effects of the Invention In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 is directed to a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a casing provided with a substrate support. What is claimed is: 1. A surface processing apparatus for generating a plasma by a generating means to convert a raw material gas into a plasma, and performing a plasma process on a surface of a substrate mounted on the substrate support table, wherein the plasma generating region including the plasma generating means and the substrate A plate member having one or more plasma outlets is interposed between the substrate processing region having the support table and at least one plate member has one or more hollow discharge generation regions. It is characterized by.
【0015】更に、本件請求項2に係る発明は、プラズ
マ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えた
ケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマ
を発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台
上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装
置であって、前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発
生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域との間
に、一以上のプラズマ吹出口を有するプレート部材が介
装されており、前記プラズマ発生領域には一以上のホロ
ー放電発生域を有するホロープラズマ発生電極が配され
てなることを特徴としている。Further, the invention according to claim 2 provides a method for generating a plasma by means of the plasma generating means in a casing provided with a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support, to convert the raw material gas into plasma. What is claimed is: 1. A surface processing apparatus for performing plasma processing on a surface of a substrate placed on a substrate support, comprising: a plasma processing area provided with the plasma generating means; and a substrate processing area provided with the substrate support. A plate member having the above-described plasma outlet is interposed, and a hollow plasma generation electrode having one or more hollow discharge generation regions is arranged in the plasma generation region.
【0016】また、本件請求項3に係る発明は、プラズ
マ発生手段、原料ガス導入口、及び基板支持台を備えた
ケーシング内に、前記プラズマ発生手段によりプラズマ
を発生させて原料ガスをプラズマ化し、前記基板支持台
上に載置された基板表面をプラズマ処理する表面処理装
置であって、前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段
を備えたプラズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基
板処理領域との間に一以上のプラズマ吹出口を有するプ
レート部材が介装されており、少なくとも一の前記プレ
ート部材に一以上のホロー放電発生域を有し、前記プラ
ズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を有するホ
ロープラズマ発生電極が配されてなることを特徴として
いる。According to a third aspect of the present invention, a plasma is generated by the plasma generating means in a casing having a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support, and the raw material gas is turned into plasma. A surface processing apparatus for performing plasma processing on a surface of a substrate mounted on the substrate support, wherein the casing includes a plasma generation area including the plasma generation unit and a substrate processing area including the substrate support. A plate member having one or more plasma outlets is interposed therebetween, and at least one plate member has one or more hollow discharge generation regions, and the plasma generation region has one or more hollow discharge generation regions. And a hollow plasma generating electrode having the following characteristics.
【0017】なお、本発明においてホロー放電とは、特
に貫通孔や凹部、空洞部分において認められるプラズマ
が強く発生し、プラズマの密度が高くなる現象をいう。
プラズマ発生手段としては、カソード及びアノードから
なる一対のプラズマ発生電極による放電や、三極以上の
電極を有する放電、マイクロ波放電、容量結合型放電、
誘導結合型放電、ヘリコン波放電、PIG放電、電子線
励起放電などの手段を採用できる。In the present invention, the term "hollow discharge" refers to a phenomenon in which plasma, which is particularly observed in through holes, concave portions, and hollow portions, is strongly generated and the density of the plasma is increased.
As the plasma generation means, discharge by a pair of plasma generation electrodes consisting of a cathode and an anode, discharge having three or more electrodes, microwave discharge, capacitively-coupled discharge,
Means such as inductively coupled discharge, helicon wave discharge, PIG discharge, and electron beam excited discharge can be employed.
【0018】請求項1及び3に係る発明において、前記
プラズマ発生領域と前記基板処理領域との間に介装され
たプレート部材に発生するホロー放電は、同プレート部
材のホロー放電発生域の電位によりホローカソード放電
又はホローアノード放電となる。According to the first and third aspects of the present invention, the hollow discharge generated in the plate member interposed between the plasma generation region and the substrate processing region depends on the potential of the hollow discharge generation region of the plate member. It becomes hollow cathode discharge or hollow anode discharge.
【0019】例えば、前記プラズマ発生手段としてカソ
ード及びアノードからなる一対のプラズマ発生電極を採
用する場合には、そのいずれかの電極を前記プレート部
材として採用することもできる。前記プレート部材とし
てアノード電極を使用した場合には、このアノード電極
に形成されているホロー放電発生域において発生する放
電はホローアノード放電となる。また、カソード電極を
プレート部材として使用した場合には、ホロー放電発生
域において発生する放電はホローカソード放電となる。
なお、本明細書においては、放電のための主たる電力を
印加する側の電極をカソード電極とし、同カソード電極
に対向する電極をアノード電極としている。For example, when a pair of plasma generating electrodes composed of a cathode and an anode is used as the plasma generating means, any one of the electrodes can be used as the plate member. When an anode electrode is used as the plate member, a discharge generated in a hollow discharge generation region formed on the anode electrode is a hollow anode discharge. Further, when the cathode electrode is used as a plate member, the discharge generated in the hollow discharge generation area is a hollow cathode discharge.
In this specification, an electrode on the side to which main power for discharging is applied is a cathode electrode, and an electrode facing the cathode electrode is an anode electrode.
【0020】そして、特に、プレート部材に形成されて
いるプラズマ吹出口をホロー放電の発生域とすること
が、基板処理領域へと導入されるプラズマをより効果的
に高密度にすることができるため、好ましい。また、プ
ラズマ発生手段である一対のプラズマ発生電極とは別途
に、二つの領域にプレート部材を介装させ、同プレート
部材にプラズマ吹出口を形成してもよい。In particular, since the plasma discharge port formed in the plate member is used as a hollow discharge generation region, the density of plasma introduced into the substrate processing region can be increased more effectively. ,preferable. Alternatively, a plate member may be interposed in two regions separately from a pair of plasma generation electrodes serving as plasma generation means, and a plasma outlet may be formed in the plate member.
【0021】本件請求項2及び3に係る発明にあって
は、前記プラズマ発生手段としてカソード及びアノード
からなる一対のプラズマ発生電極を採用する場合に、前
記プラズマ発生電極の少なくとも一方の電極を前記ホロ
ープラズマ発生電極として兼用させることもできる。或
いは、前記プラズマ発生電極とは別個に、第三の電極と
して前記ホロープラズマ発生電極を配することもでき
る。In the invention according to claims 2 and 3, when a pair of plasma generating electrodes including a cathode and an anode is adopted as the plasma generating means, at least one of the plasma generating electrodes is connected to the hollow. It can also be used as a plasma generating electrode. Alternatively, the hollow plasma generating electrode can be provided as a third electrode separately from the plasma generating electrode.
【0022】上述したような本発明の表面処理装置は、
ケーシング内のプラズマ発生領域と基板処理領域との間
にプレート部材を介装させればよく、同プレート部材に
より二つの領域を完全に画成する必要がない。そのた
め、装置の構造が単純化され、装置の製作コストの低減
を図ることができる。The surface treatment apparatus of the present invention as described above
What is necessary is just to interpose a plate member between the plasma generation region and the substrate processing region in the casing, and it is not necessary to completely define two regions by the plate member. Therefore, the structure of the device is simplified, and the manufacturing cost of the device can be reduced.
【0023】更には、前記プレート部材に所要の電位を
付与することができ、同プレート部材のホロー放電発生
域、例えばプラズマ吹出口におけるホロー放電をより効
率よく発生させることが可能になる。また、前記プレー
ト部材に所要の電位を付与するための手段も容易に設置
できる。Further, it is possible to apply a required potential to the plate member, and it is possible to more efficiently generate a hollow discharge in a hollow discharge generating area of the plate member, for example, a plasma outlet. Further, means for applying a required potential to the plate member can be easily installed.
【0024】特に、前記プラズマ発生手段として一対の
プラズマ発生電極を採用し、前記プレート部材をプラズ
マ発生電極の一極として使用する場合に、前記プレート
部材を対向する電極に対して接離可能とするよう、接離
手段を設けることができる。このように前記プレート部
材を対向する電極に対して接離可能にすれば、例えば印
加電力やその他の表面処理条件に応じて、前記プレート
部材と対向する電極との距離、即ちプラズマ発生電極間
の距離を適宜調製することが可能となる。それにより、
プラズマ発生電極間の放電の強度を調節し、処理速度や
処理品質を所望の程度に制御できる。In particular, when a pair of plasma generating electrodes is employed as the plasma generating means and the plate member is used as one pole of the plasma generating electrode, the plate member can be brought into contact with and separated from an opposing electrode. As described above, the contact / separation means can be provided. If the plate member is made to be able to contact and separate from the opposing electrode in this way, for example, depending on the applied power and other surface treatment conditions, the distance between the plate member and the opposing electrode, that is, between the plasma generating electrodes The distance can be adjusted appropriately. Thereby,
By adjusting the intensity of the discharge between the plasma generating electrodes, the processing speed and the processing quality can be controlled to desired levels.
【0025】上記表面処理装置により表面処理を施すに
は、先ず、ガス供給管を通じてケーシング内に原料ガス
及びキャリアガスを注入し、プラズマ発生手段によりプ
ラズマ発生領域にプラズマを発生させる。ここで本発明
の表面処理装置では、前記プラズマ発生領域と前記基板
処理領域との間にプレート部材が介装されているが、各
領域は従来の装置のように完全に仕切られるようには画
成されてはいない。このように、本発明にあっては二つ
の領域の間にプレート部材を介装させるに過ぎず、二つ
の領域を完全に画成していないため、2つの領域が完全
に画成されている場合に比べるとガスの利用効率は若干
低下するものの、二つの領域間に介装された前記プレー
ト部材によりガスをプラズマ発生領域に留まらせること
ができるため、比較的高効率にプラズマ化することが可
能である。In order to perform surface treatment by the above-mentioned surface treatment apparatus, first, a raw material gas and a carrier gas are injected into a casing through a gas supply pipe, and plasma is generated in a plasma generation region by a plasma generation means. Here, in the surface treatment device of the present invention, a plate member is interposed between the plasma generation region and the substrate treatment region. However, each region is designed to be completely partitioned as in the conventional device. Not done. As described above, in the present invention, only the plate member is interposed between the two regions, and the two regions are not completely defined. Therefore, the two regions are completely defined. Although the gas use efficiency is slightly lower than in the case, the gas can be kept in the plasma generation region by the plate member interposed between the two regions, so that the plasma can be relatively efficiently converted. It is possible.
【0026】前記プラズマ発生領域において発生したプ
ラズマは、前記基板処理領域からの排気による内部ガス
の流れや拡散によって、前記プラズマ吹出口から前記基
板処理領域へと流れ出す。このとき、適切なガス流量や
プラズマパラメータを与えることにより、前記プラズマ
発生領域のプラズマが前記プラズマ吹出口から前記基板
処理領域へと円滑に輸送される。また、前記プラズマ発
生領域と前記基板処理領域との間にプレート部材を介装
させることにより、基板に対するプラズマによるイオン
ダメージを低減できる。The plasma generated in the plasma generation region flows from the plasma outlet to the substrate processing region due to the flow and diffusion of internal gas due to exhaust from the substrate processing region. At this time, by providing appropriate gas flow rates and plasma parameters, plasma in the plasma generation region is smoothly transported from the plasma outlet to the substrate processing region. Further, by interposing a plate member between the plasma generation region and the substrate processing region, ion damage to the substrate due to plasma can be reduced.
【0027】なお、原料ガスは、前記プラズマ発生領域
内で発生したプラズマが、基板処理領域へと吹き出して
基板表面へ到るまでの間で導入することもできる。プラ
ズマ中の活性化された原料ガスは、前記プラズマの流れ
により前記処理領域内の基板表面へと到達し、同基板に
エッチングや成膜等の表面処理が施される。The source gas can be introduced before the plasma generated in the plasma generation region blows out to the substrate processing region and reaches the substrate surface. The activated source gas in the plasma reaches the substrate surface in the processing region by the flow of the plasma, and the substrate is subjected to surface treatment such as etching and film formation.
【0028】本件請求項1に係る発明にあっては、プレ
ート部材の一以上のホロー放電発生域において、ホロー
放電を発生させることが重要である。このホロー放電に
よって前記プレート部材のホロー放電発生域において新
たにプラズマが生成されるため、基板処理領域へと導か
れるプラズマの密度が高められる。In the invention according to the first aspect of the present invention, it is important to generate a hollow discharge in one or more hollow discharge generating areas of the plate member. Since the plasma is newly generated in the hollow discharge generation region of the plate member by the hollow discharge, the density of the plasma guided to the substrate processing region is increased.
【0029】特に、前記プレート部材に形成されている
プラズマ吹出口をホロー放電発生域とした場合には、プ
ラズマ発生領域で発生したプラズマが、ホロー放電の発
生しているプラズマ吹出口を通過する際に、衝突などに
よる相互作用によって前記プラズマ内の荷電粒子 (電子
又はイオン)のエネルギーが低下する。電子のエネルギ
ーが低下することにより、電子は、原料ガスから表面処
理に寄与する中性活性種を生成するに十分であり、しか
も基板表面に衝突して損傷させるイオンは生成すること
の少ない適度な強度のエネルギーとなるため、結果とし
てイオンを増加させることなく中性活性種の数を増やす
ことができる。また、プラズマ内の高エネルギーイオン
の数を減少させることにより、これらのイオンによる基
板損傷の影響を減少できる。In particular, when the plasma discharge port formed in the plate member is used as a hollow discharge generation area, the plasma generated in the plasma generation area passes through the plasma discharge port where the hollow discharge is generated. In addition, the energy of charged particles (electrons or ions) in the plasma decreases due to the interaction due to collision or the like. Due to the decrease in the energy of the electrons, the electrons are sufficient to generate neutral active species that contribute to the surface treatment from the raw material gas, and the ions that cause damage by colliding with the substrate surface are less likely to be generated. Since the energy is strong, the number of neutral active species can be increased without increasing the number of ions. Also, by reducing the number of high energy ions in the plasma, the effect of these ions on substrate damage can be reduced.
【0030】このように、ホロー放電により、プラズマ
密度が向上して表面処理に寄与する中性活性種が増加す
るため、表面処理の速度が高められる。また、プラズマ
内に存在する、基板に衝突してダメージを与えるイオン
のエネルギーを低下させることにより、基板表面の劣化
を抑制でき、高品質の表面処理を高速で行うことができ
る。As described above, since the hollow discharge increases the plasma density and increases the number of neutral active species contributing to the surface treatment, the speed of the surface treatment is increased. In addition, by lowering the energy of ions present in the plasma that collide with and damage the substrate, deterioration of the substrate surface can be suppressed, and high-quality surface treatment can be performed at high speed.
【0031】本件請求項2に係る発明にあっては、前記
プラズマ発生領域内にホロープラズマ発生電極を配する
ことが重要である。例えばプラズマ発生手段としてアノ
ード及びカソードからなる一対のプラズマ発生電極を採
用した場合には、少なくともその一方をホロープラズマ
発生電極として使用することができる。すなわち、アノ
ード電極でホローアノード放電が発生し、又はカソード
電極でホローカソード電極が発生し、或いは両電極にお
いてそれぞれホロー放電が発生させることが必要であ
る。前記ホロー放電を発生させることにより、そのホロ
ー放電発生域において新たにプラズマが生成されるた
め、基板処理領域へと導かれるプラズマの密度が大きく
なり、表面処理に寄与する活性種が増加するため、表面
処理の速度が更に高められる。In the invention according to the second aspect of the present invention, it is important to arrange a hollow plasma generation electrode in the plasma generation region. For example, when a pair of plasma generating electrodes including an anode and a cathode is adopted as the plasma generating means, at least one of them can be used as a hollow plasma generating electrode. That is, it is necessary that a hollow anode discharge is generated at the anode electrode, a hollow cathode electrode is generated at the cathode electrode, or a hollow discharge is generated at both electrodes. By generating the hollow discharge, plasma is newly generated in the hollow discharge generation region, the density of plasma guided to the substrate processing region increases, and active species contributing to surface treatment increase. The speed of the surface treatment is further increased.
【0032】更に本件請求項3に係る発明にあっては、
上述したプレート部材のホロー放電発生域でのホロー放
電とホロープラズマ発生電極でのホロー放電との両方を
発生させている。そのため、プレート部材でのホロー放
電とホロープラズマ発生電極でのホロー放電とのそれぞ
れの上述した作用効果を併せ持つこととなり、表面処理
の速度及び品質がより高められる。Further, in the invention according to claim 3,
Both the hollow discharge in the hollow discharge generation region of the plate member and the hollow discharge in the hollow plasma generation electrode are generated. For this reason, the hollow discharge at the plate member and the hollow discharge at the hollow plasma generating electrode have both the above-described effects, and the speed and quality of the surface treatment can be further improved.
【0033】更には、プレート部材におけるホロー放電
だけでなく、ホロープラズマ発生電極でのホロー放電が
生じることにより、上述したそれぞれの放電によるの作
用効果に加え、以下のような相乗的な作用効果も得られ
るものである。すなわち、プレート部材におけるホロー
放電に加え、ホロープラズマ発生電極でのホロー放電が
生じることにより、電極でのホロー放電域での電子温度
が低下すると共に電子密度が高くなるため、プロセスプ
ラズマとしての性能が向上する。更に、例えばカソード
電極がホロープラズマ発生電極であり、同カソード電極
でホロー放電が発生する場合は、同カソード電極での高
周波電圧が減少すると共に自己バイアス電圧が上昇する
ため、プラズマ発生領域に生じたプラズマの有する空間
電位も上昇する。その結果、プレート部材におけるホロ
ー放電が生じやすくなり、同プレート部材において高密
度なプラズマを生成することが可能となる。また、同様
の理由からプラズマ発生領域では電界集中も生じやすく
なり、局所的に高密度プラズマ化された不均一な放電が
生成可能となる。Further, not only the hollow discharge at the plate member but also the hollow discharge at the hollow plasma generating electrode is generated, so that in addition to the above-described functions and effects of the respective discharges, the following synergistic functions and effects are obtained. It is obtained. That is, in addition to the hollow discharge in the plate member, the hollow plasma is generated in the hollow plasma generating electrode, so that the electron temperature in the hollow discharge region at the electrode is lowered and the electron density is increased. improves. Furthermore, for example, when the cathode electrode is a hollow plasma generating electrode and a hollow discharge occurs at the cathode electrode, the high-frequency voltage at the cathode electrode decreases and the self-bias voltage increases, so that the self-bias voltage increases in the plasma generating region. The space potential of the plasma also increases. As a result, hollow discharge easily occurs in the plate member, and high-density plasma can be generated in the plate member. Further, for the same reason, electric field concentration is likely to occur in the plasma generation region, and it is possible to generate a non-uniform discharge in which a high-density plasma is locally generated.
【0034】前記ホロープラズマ発生電極の電極材料と
しては、また、プラズマ発生手段として一対のプラズマ
発生電極を使用する場合にはその電極材料として、SU
SやAlなどの他に、Ni,Si,Mo,Wなどを採用
することができる。プラズマからのイオン衝撃による二
次イオン放出係数が大きな電極材料を使用すると、プラ
ズマがより高密度になるので、処理速度が向上する。ま
た、特に、シリコンの成膜処理を行う表面処理装置であ
る場合には、電極材料としてSiを使用すると、その電
極自身が薄膜材料の供給源として機能するので、成膜速
度が向上すると共にその安定性も増す。更に、Siから
なる電極にボロンやリンを予めドーピングしておけば、
薄膜へのドーピングを自動的に行うことが可能となり、
特に極く微量のドーピングを行うときに有利である。As the electrode material of the hollow plasma generating electrode, when a pair of plasma generating electrodes is used as the plasma generating means, the electrode material is SU.
In addition to S and Al, Ni, Si, Mo, W, and the like can be adopted. When an electrode material having a large secondary ion emission coefficient due to ion bombardment from the plasma is used, the density of the plasma becomes higher and the processing speed is improved. In particular, in the case of a surface treatment apparatus that performs a film forming process of silicon, when Si is used as an electrode material, the electrode itself functions as a supply source of a thin film material, so that the film forming speed is improved and the electrode is used. Stability also increases. Furthermore, if the electrode made of Si is doped with boron or phosphorus in advance,
It is possible to automatically dope the thin film,
This is particularly advantageous when a very small amount of doping is performed.
【0035】前記基板としてはガラス、有機フィルム、
或いはSUS等の金属を使用することができる。さらに
本発明の表面処理装置は成膜やアッシング、エッチン
グ、イオンドーピング等の各種表面処理に使用できる
が、前記基板表面にアモルファスシリコンや、更には結
晶質シリコンなどのシリコン薄膜や酸化膜を成膜する際
に特に好適に使用される。As the substrate, glass, an organic film,
Alternatively, a metal such as SUS can be used. Furthermore, the surface treatment apparatus of the present invention can be used for various surface treatments such as film formation, ashing, etching, and ion doping.However, a silicon thin film or an oxide film such as amorphous silicon or even crystalline silicon is formed on the substrate surface. It is particularly preferably used in such a case.
【0036】前記プラズマ吹出口を多数設ける場合に、
特に、その全ての吹出口をホロー放電発生域としてホロ
ー放電を生じせしめれば、大面積の基板に対しても均一
な薄膜を高速で成膜することができるため、好ましい。When a large number of plasma outlets are provided,
In particular, it is preferable to generate a hollow discharge using all the outlets as a hollow discharge generating region, since a uniform thin film can be formed at a high speed even on a substrate having a large area.
【0037】前記原料ガス導入口は、前記プラズマ発生
領域に開口させてもよく、或いは、前記プラズマ発生領
域にはキャリアガスのみを導入し、前記原料ガス導入口
は前記プラズマ吹出口の側面に開口させることもでき
る。更には、例えば原料ガス導入用のパイプなどの導入
手段を用いて、前記原料ガス導入口を基板処理領域に開
口させ、原料ガスを基板処理領域における前記プラズマ
吹出口と基板との間に導入してもよい。前記原料ガス導
入口を前記吹出口に開口させる場合や、基板処理領域に
開口させる場合には、前記原料ガスは前記吹出口を通過
するプラズマ化されたキャリアガスによりプラズマ化さ
れる。この場合には、前記プラズマ発生領域の内壁面が
前記原料ガスにより汚染されることがない。The source gas inlet may be open to the plasma generation region, or only the carrier gas may be introduced to the plasma generation region, and the source gas inlet may be open to the side of the plasma outlet. It can also be done. Further, using, for example, an introducing means such as a pipe for introducing a source gas, the source gas inlet is opened in the substrate processing region, and the source gas is introduced between the plasma outlet and the substrate in the substrate processing region. You may. When the source gas inlet is opened at the outlet or at the substrate processing region, the source gas is turned into plasma by a carrier gas that is turned into plasma and passes through the outlet. In this case, the inner wall surface of the plasma generation region is not contaminated by the source gas.
【0038】なお、前記プラズマ発生電極には直流電源
又は高周波電源を接続して直流〜高周波電力まで印加す
ることが可能であるが、特に、高周波電力を投入するこ
とが好ましい。更に、カソード電極及びアノード電極に
それぞれ直流又は交流の電源、或いはパルス発生電源に
よってバイアスを印加することもできる。Although a DC power supply or a high-frequency power supply can be connected to the plasma generating electrode to apply DC to high-frequency power, it is particularly preferable to supply high-frequency power. Further, a bias may be applied to the cathode electrode and the anode electrode by a DC or AC power supply or a pulse generation power supply, respectively.
【0039】前記プラズマ吹出口においてホロー放電を
発生させるために、本件請求項4に係る発明では、少な
くとも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の開口
幅W(1) を、W(1) ≦5L(e) 又はW(1) ≦20Xのい
ずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e) は
所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそ
こから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性
種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)
に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラ
ズマ発生条件下において発生するシース層の厚みであ
る。また、少なくとも一の前記プラズマ吹出口における
最小部分の前記開口幅W(1) は、X/20≦W(1) をも
満足する範囲、更にはX/5≦W(1) をも満足する範囲
に設定することが好ましい。In order to generate a hollow discharge at the plasma outlet, the opening width W (1) of the minimum portion of at least one of the plasma outlets is set to W (1) ≦ 5L. (e) or W (1) ≦ 20X. However, L (e) is the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. seed)
And X is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. Further, the opening width W (1) of the minimum portion in at least one of the plasma outlets also satisfies X / 20 ≦ W (1), and further satisfies X / 5 ≦ W (1). It is preferable to set the range.
【0040】なお、電子とガス分子(原子を含む)との
散乱における電子の平均自由行程は、ガス圧、原子・分
子の散乱断面積及び温度に依存するが、前記プラズマ発
生条件には、これらガス圧、原子・分子の散乱断面積、
及び温度などが含まれている。The mean free path of electrons in the scattering of electrons and gas molecules (including atoms) depends on the gas pressure, the scattering cross section of atoms / molecules, and the temperature. Gas pressure, atom / molecule scattering cross section,
And temperature.
【0041】前記プラズマ吹出口の前記開口幅W(1) を
上記範囲に設定することにより、前記プラズマ吹出口に
おいて効果的にホロー放電を発生させることができると
共に、前記吹出口から効率良くプラズマを吹出させるこ
とができる。By setting the opening width W (1) of the plasma outlet to the above range, a hollow discharge can be effectively generated in the plasma outlet, and plasma can be efficiently generated from the outlet. Can be blown out.
【0042】なお、本発明において前記プラズマ吹出口
の開口幅W(1) とは、前記プラズマ吹出口の開口形状が
円形の場合には直径であり、矩形状やスリット形状の場
合には短辺の長さ寸法である。すなわち、開口形状にお
ける最短寸法部分を開口幅W(1) としている。In the present invention, the opening width W (1) of the plasma outlet is a diameter when the opening shape of the plasma outlet is circular, and a short side when the opening shape of the plasma outlet is rectangular or slit. Is the length dimension. That is, the shortest dimension portion in the opening shape is defined as the opening width W (1).
【0043】前記プラズマ吹出口の形状はプラズマ発生
領域のプラズマを積極的に吹出口内に引き込み、基板処
理領域においてプラズマを所望の角度で拡散させて噴出
することのできる形状を採用することができる。例え
ば、円形断面の円柱形状や、プラズマ発生領域から基板
処理領域に向けて拡径する載頭円錐形状、及びその組み
合わせ、更には上流側の略半部が下流側に向けて縮径
し、下流側の半部が下流側に向けて拡径する形状などが
挙げられる。更には上述したように断面が矩形状の角柱
状であってもよく、スリット形状とすることも可能であ
る。As the shape of the plasma outlet, it is possible to adopt a shape capable of actively drawing the plasma in the plasma generation region into the outlet and diffusing the plasma at a desired angle in the substrate processing region and ejecting the plasma. . For example, a columnar shape with a circular cross section, a frustoconical shape that expands in diameter from the plasma generation region toward the substrate processing region, and a combination thereof, and furthermore, a substantially half of the upstream side is reduced in diameter toward the downstream side, and the downstream side is reduced in diameter. And the like, in which a half portion on the side expands in diameter toward the downstream side. Further, as described above, the cross section may be a rectangular prism, or a slit may be used.
【0044】また、基板の広い面積にわたって表面処理
を施す場合には、例えば円形の前記プラズマ吹出口を所
要のパターンで複数、形成することができる。或いは、
一筆書きできる実質的に連続した長尺なスリット形状、
具体的には渦巻き形状や蛇行形状にしてもよい。In the case where the surface treatment is performed over a wide area of the substrate, a plurality of, for example, circular plasma outlets can be formed in a required pattern. Or,
Substantially continuous long slit shape that can be written with one stroke,
Specifically, the shape may be a spiral shape or a meandering shape.
【0045】本件請求項5に係る発明によれば、前記ホ
ロープラズマ発生電極は、プラズマ発生手段により発生
したプラズマとの対向面に一以上の凹部を有してなり、
少なくとも一の前記凹部がホロー放電の発生域とされて
いる。また、本件請求項6に係る発明によれば、前記ホ
ロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラ
ズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空
洞内部に連通する1以上の貫通孔を有してなり、少なく
とも一の前記貫通孔がホロー放電の発生域とされてい
る。According to the fifth aspect of the present invention, the hollow plasma generating electrode has one or more concave portions on the surface facing the plasma generated by the plasma generating means,
At least one of the concave portions is a region where hollow discharge occurs. According to the invention of claim 6, the hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has at least one through hole communicating with the inside of the hollow at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means. And at least one of the through holes is a region where hollow discharge is generated.
【0046】このように、前記ホロープラズマ発生電極
に凹部を形成したり、或いは前記ホロープラズマ発生電
極を空洞体としその空洞内部に連通する貫通孔を形成
し、それら凹部又は貫通孔をホロー放電の発生域とする
ことにより、実質的にプラズマと接触するホロープラズ
マ発生電極の表面積が増大する。例えばカソード電極を
ホロープラズマ発生電極とし、同カソード電極にカソー
ド放電域を形成した場合には、グロー放電生成時におけ
るカソード電極の電位(自己バイアス)をプラスの方向
へともっていくことができ、接地されているアノード電
極近傍での投入電力の消費、すなわち原料ガスの励起、
分解反応を促進し、表面処理の速度を向上させることが
できる。As described above, a concave portion is formed in the hollow plasma generating electrode, or a through hole communicating with the hollow plasma generating electrode is formed by using the hollow plasma generating electrode as a hollow body. By setting the generation area, the surface area of the hollow plasma generation electrode substantially in contact with the plasma increases. For example, when the cathode electrode is a hollow plasma generating electrode and a cathode discharge region is formed in the cathode electrode, the potential (self-bias) of the cathode electrode at the time of glow discharge generation can be taken in a positive direction, and grounding can be performed. Consumption of input power in the vicinity of the anode electrode,
The decomposition reaction can be accelerated, and the speed of the surface treatment can be improved.
【0047】このような自己バイアスの制御はプラズマ
空間電位の制御にもつながり、イオンの基板への衝突に
よるダメージの大きさをも意図的に調整できる。従っ
て、例えば成膜処理を施す場合に、その結晶性薄膜の結
晶性を制御することができる。The control of the self-bias leads to the control of the plasma space potential, and the magnitude of the damage caused by the collision of the ions with the substrate can be adjusted intentionally. Therefore, for example, when performing a film forming process, the crystallinity of the crystalline thin film can be controlled.
【0048】前記凹部又は前記貫通孔において効果的に
ホロー放電を発生させるために、本件請求項7に係る発
明では、前記凹部又は前記貫通孔における最小部分の開
口幅W(2) を、W(2) ≦5L(e) 又はW(2) ≦20Xの
いずれかを満足する範囲に設定している。但し、L(e)
は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種及び
そこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活
性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活性
種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望の
プラズマ発生条件下において発生するシース層の厚みで
ある。In order to effectively generate a hollow discharge in the concave portion or the through hole, the opening width W (2) of the minimum portion in the concave portion or the through hole is set to W ( 2) The range is set so as to satisfy either ≦ 5L (e) or W (2) ≦ 20X. Where L (e)
Is the average of the electrons for the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) of the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. It is a free path, and X is the thickness of the sheath layer generated under desired plasma generation conditions.
【0049】なお、前記凹部又は前記貫通孔の断面形状
は円形や多角形などを採用でき、その開口形状における
最短寸法部分を開口幅W(2) としている。更に、少なく
とも一の前記プラズマ吹出口における最小部分の前記開
口幅W(2) は、X/20≦W(2) をも満足する範囲、更
にはX/5≦W(2) をも満足する範囲に設定することが
好ましい。The cross-sectional shape of the recess or the through-hole can be circular or polygonal, and the shortest dimension in the opening shape is the opening width W (2). Further, the opening width W (2) of the minimum portion of at least one of the plasma outlets satisfies X / 20 ≦ W (2), and further satisfies X / 5 ≦ W (2). It is preferable to set the range.
【0050】本件請求項8に係る発明によれば、前記ホ
ロープラズマ発生電極は空洞体であって、同電極はプラ
ズマ発生手段により発生したプラズマとの対向部分に空
洞内部に連通する1以上の貫通孔を有してなり、空洞内
部の少なくとも一部がホロー放電の発生域とされてい
る。このように、空洞内部の少なくとも一部においてホ
ロー放電を発生させることで、プラズマの密度を更に高
めることができるため、原料ガスの励起、分解反応が著
しく促進され表面処理の速度も向上する。また、前記ホ
ロープラズマ発生電極がカソード電極である場合には、
プラズマに接触するカソード電極の表面積を増大させる
ことにより、自己バイアスを更に正方向の電位へと制御
ができるため、原料ガスの励起、分解反応が更に促進さ
れ表面処理の速度も著しく向上する。According to the eighth aspect of the present invention, the hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has at least one through hole communicating with the inside of the hollow at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means. It has holes, and at least a part of the inside of the cavity is a region where hollow discharge is generated. As described above, by generating a hollow discharge in at least a part of the inside of the cavity, the density of the plasma can be further increased, so that the excitation and decomposition reaction of the source gas is remarkably promoted, and the speed of the surface treatment is also improved. When the hollow plasma generating electrode is a cathode electrode,
By increasing the surface area of the cathode electrode in contact with the plasma, the self-bias can be controlled to a more positive potential, so that the excitation and decomposition reaction of the source gas is further promoted, and the speed of the surface treatment is remarkably improved.
【0051】また、エッチングやアッシング、イオンド
ーピングなど、イオンの基板への衝突により悪影響を及
ぼすことのない表面処理を行う装置に関しては、前記ホ
ロープラズマ発生電極をアノード電極により構成し、そ
のアノード電極の内壁面を基板支持台とし、前記アノー
ド電極内を前記基板処理領域とすることもできる。な
お、この場合には前記基板処理領域の全体がアノード電
極により囲まれて、前記基板処理領域とプラズマ発生領
域とが実質的に画成されることになる。For an apparatus for performing a surface treatment such as etching, ashing, or ion doping that does not adversely affect the collision of ions with the substrate, the hollow plasma generating electrode is constituted by an anode electrode. The inner wall surface may be a substrate support, and the inside of the anode electrode may be the substrate processing region. In this case, the entire substrate processing region is surrounded by the anode electrode, and the substrate processing region and the plasma generation region are substantially defined.
【0052】基板はホローアノード放電に直接曝される
ことになり、エッチングやアッシング、イオンドーピン
グなどの処理速度が向上する。但し、アノード電極の内
部をプラズマ発生領域とは画成された基板処理領域とす
るかかる表面処理装置では、イオンの基板への衝突ダメ
ージが大きいため、成膜処理にはどちらかといえば不適
である。Since the substrate is directly exposed to the hollow anode discharge, the processing speed of etching, ashing, ion doping, etc. is improved. However, such a surface treatment apparatus in which the inside of the anode electrode is a substrate treatment area defined as a plasma generation area is rather unsuitable for a film forming treatment because ion damage to a substrate is large. .
【0053】更に空洞体からなる前記ホロープラズマ発
生電極は、その表面積を増やすために空洞内部の高さ方
向に延びる1以上の隔壁を配することが好ましい。すな
わち、前記ホロープラズマ発生電極の空洞内部が前記隔
壁により複数に画成されることが好ましい。この場合に
は、それぞれの画成された領域ごとに少なくとも1の前
記貫通孔を形成する必要がある。Further, the hollow plasma generating electrode comprising a hollow body is preferably provided with one or more partitions extending in the height direction inside the hollow in order to increase the surface area. That is, it is preferable that the inside of the cavity of the hollow plasma generating electrode is defined in plural by the partition. In this case, it is necessary to form at least one of the through holes in each of the defined regions.
【0054】前記ホロープラズマ発生電極の空洞内部に
おいてホロー放電を効率よく発生させるために、本件請
求項9に係る発明によれば、前記ホロープラズマ発生電
極の前記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の少なくと
も一部における対面距離Hが、H≦5L(e) 又はH≦2
0Xのいずれかを満足する範囲に設定される。但し、L
(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料ガス種
及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、分子種
(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子種(活
性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xとは所望
のプラズマ発生条件下において発生するシース層の厚み
である。空洞体である前記ホロープラズマ発生電極の前
記貫通孔の形成方向に沿った空洞内部の対面距離Hは、
X/20≦Hをも満足する範囲、更にはX/5≦Hをも
満足する範囲に設定することが好ましい。According to the ninth aspect of the present invention, in order to efficiently generate a hollow discharge inside the hollow plasma generating electrode cavity, the hollow plasma generating electrode has a hollow interior along the forming direction of the through hole. Is H ≦ 5L (e) or H ≦ 2
The range is set so as to satisfy any one of 0X. Where L
(e) is for the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom, which are the smallest diameter atoms or molecular species (active species) under the desired plasma generation conditions. This is the mean free path of electrons, and X is the thickness of the sheath layer generated under desired plasma generation conditions. The facing distance H inside the cavity along the forming direction of the through-hole of the hollow plasma generating electrode, which is a hollow body, is:
It is preferable to set a range that also satisfies X / 20 ≦ H, and more preferably a range that also satisfies X / 5 ≦ H.
【0055】また、本件請求項10に係る発明によれ
ば、前記プラズマ吹出口の近傍、及び/又は凹部、貫通
孔の近傍、及び/又は前記空洞内部に磁場が形成されて
いる。ここで「近傍」とは前記プラズマ吹出口、凹部、
貫通孔の内部や、同吹出口、凹部、貫通孔の開口周縁或
いはその近傍を含む。また、前記磁石はその磁場の磁力
線が前記プラズマ吹出口、凹部、貫通孔の軸線方向と平
行に、また、前記空洞内部では電極面と平行になるよう
に配することが好ましい。According to the tenth aspect of the present invention, a magnetic field is formed in the vicinity of the plasma outlet, and / or in the vicinity of the recess, the through hole, and / or inside the cavity. Here, “near” means the plasma outlet, the recess,
Includes the inside of the through hole, the outlet, the concave portion, the opening edge of the through hole, or its vicinity. Further, it is preferable that the magnet is arranged such that the magnetic field lines of the magnetic field are parallel to the axial direction of the plasma outlet, the concave portion, and the through hole, and are parallel to the electrode surface inside the cavity.
【0056】磁場の強さは前記プラズマ吹出口、凹部、
貫通孔の中心部、又は空洞内部で1〜2000mTとす
ることが好ましく、更には5〜500mTとすることが
好ましい。また、プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通
孔の内壁面及びその近傍、又は空洞内壁部の近傍では磁
場の強さを2〜2000mTとすることが好ましく、更
には5〜1000mTとすることが好ましい。The strength of the magnetic field depends on the plasma outlet, the recess,
It is preferably 1 to 2000 mT at the center of the through hole or inside the cavity, and more preferably 5 to 500 mT. In addition, the strength of the magnetic field is preferably 2 to 2000 mT, and more preferably 5 to 1000 mT in the vicinity of the plasma outlet and / or the concave portion, the inner wall surface of the through-hole and the vicinity thereof, or the vicinity of the cavity inner wall portion. .
【0057】このように磁場を配することにより、電子
の軌道を調整して、ホロー放電が生じている前記プラズ
マ吹出口内及びその近傍や、ホローカソード放電又はホ
ローアノード放電が生じている前記凹部又は貫通孔の内
部及びその近傍、或いは空洞内部に電子を長時間留まら
せることができ、表面処理に寄与する活性種の生成が促
進される。そのため、表面処理速度が更に向上する。な
お、この磁場により電子のエネルギーには何ら変化はな
いため、電子エネルギーが大きくなって悪影響を及ぼす
イオンを生成することもなく、高品質な表面処理を維持
できる。By arranging the magnetic field in this way, the trajectory of the electrons is adjusted, and the inside and the vicinity of the plasma outlet where the hollow discharge occurs, and the concave portion where the hollow cathode discharge or the hollow anode discharge occurs Alternatively, electrons can stay for a long time inside and near the through hole or inside the cavity, and the generation of active species contributing to the surface treatment is promoted. Therefore, the surface treatment speed is further improved. Since the magnetic field does not change the energy of the electrons at all, the high-quality surface treatment can be maintained without increasing the energy of the electrons to generate ions having an adverse effect.
【0058】更に、本件請求項11に係る発明によれ
ば、前記基板に所望の電位を印加するための電位印加手
段を備えている。この電位印加手段とは、例えば、前記
基板が載置されている前記基板支持台に対して所望の電
位を印加することにより、前記基板にも同電位を印加す
ることができる。また、同電位印加手段は、必要に応じ
て、前記基板に到達するプロセスプラズマの電位Vsや
基板の電位をモニターする手段を含む。前記プロセスプ
ラズマの電位Vsは、同プラズマの大部分が接触してい
る電極の電位により決まる。従って、例えばプラズマ発
生電極等の高周波電圧と自己バイアスとをモニターする
ことにより、前記プロセスプラズマの電位Vsをモニタ
ーすることができる。Further, according to the present invention, there is provided a potential applying means for applying a desired potential to the substrate. The potential applying means can apply the same potential to the substrate, for example, by applying a desired potential to the substrate support table on which the substrate is mounted. Further, the same potential applying means includes a means for monitoring the potential Vs of the process plasma reaching the substrate and the potential of the substrate as necessary. The potential Vs of the process plasma is determined by the potential of the electrode with which most of the plasma contacts. Therefore, the potential Vs of the process plasma can be monitored by monitoring, for example, the high-frequency voltage of the plasma generating electrode and the like and the self-bias.
【0059】例えば基板に成膜処理を施す場合には、プ
ラズマからのイオンダメージを抑制するため、同基板を
前記プロセスプラズマの電位Vsとの差電圧を小さくす
ることが望ましく、前記プラズマの電位Vsと概ね同一
の電位を印加することがより好ましい。成膜処理の場合
の基板への印加電位は、前記プロセスプラズマの電位V
sに対して1/2〜1倍の範囲であることが好ましい。
また、例えばエッチング処理を施す場合には、前記プラ
ズマの電位Vsよりも小さい電位、特にマイナスの電圧
を印加することにより、異方性を向上させることができ
る。For example, when a film formation process is performed on a substrate, it is desirable to reduce the voltage difference between the substrate and the process plasma potential Vs in order to suppress ion damage from the plasma. It is more preferable to apply substantially the same potential. The potential applied to the substrate in the case of the film forming process is the potential V of the process plasma.
It is preferably in the range of 1/2 to 1 times s.
In addition, for example, in the case of performing an etching process, the anisotropy can be improved by applying a potential lower than the plasma potential Vs, in particular, a negative voltage.
【0060】このように、基板に所望の電位を印加し
て、前記基板とプラズマとの差電圧を意図的に制御する
ことにより、成膜処理の場合には処理速度を落とすこと
なくプラズマのダメージを低減されるなどの膜質の制御
が可能となり、また、エッチング処理の場合には、異方
性をなどのエッチング形状を制御できる。As described above, by applying a desired potential to the substrate and intentionally controlling the voltage difference between the substrate and the plasma, in the case of film forming processing, the plasma damage can be prevented without reducing the processing speed. In this case, it is possible to control the film quality such as reduction of the film thickness, and in the case of the etching process, it is possible to control the etching shape such as the anisotropy.
【0061】また、前記プラズマ吹出口及び/又は凹
部、貫通孔の少なくとも片側の開口縁にノズル体を突設
させることが好ましい。同ノズル体はその中心線を前記
プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の軸線方向と一
致させてもよく、或いは同ノズル体の中心線を前記プラ
ズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の同軸線方向に対し
て角度をもって配設してもよい。また、前記ノズル体の
形状も、断面形状が一定の筒体や、断面寸法を漸減又は
漸増させる筒体であってもよい。更には、チューブ状の
ノズル体をらせん状に配してもよい。It is preferable that a nozzle body protrudes from at least one opening edge of the plasma outlet and / or the concave portion and the through hole. The nozzle body may have its center line aligned with the axial direction of the plasma outlet and / or recess and through hole, or the center line of the nozzle body may be coaxial with the plasma outlet and / or recess and through hole. It may be arranged at an angle to the line direction. Further, the shape of the nozzle body may be a cylindrical body having a constant cross-sectional shape or a cylindrical body whose sectional dimension is gradually reduced or gradually increased. Further, a tubular nozzle body may be spirally arranged.
【0062】前記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通
孔に前記ノズル体を突設させることにより、前記プラズ
マ吹出口の形成されている部材や、前記ホロープラズマ
発生電極の厚み寸法を不必要に厚くすることがなく、前
記プラズマ吹出口及び/又は凹部、貫通孔の長さ寸法を
自由に設定でき、その長さを大きくすればそれらプラズ
マ吹出口及び/又は凹部、貫通孔でのホロー放電の発生
域が広がるため、プラズマ密度も高まり表面処理速度も
向上する。By protruding the nozzle body from the plasma outlet and / or the recess or through hole, the thickness of the member having the plasma outlet and the hollow plasma generating electrode is unnecessarily increased. The length of the plasma outlet and / or the recess and the through-hole can be freely set without causing the occurrence of hollow discharge at the plasma outlet and / or the recess and the through-hole if the length is increased. Since the area is expanded, the plasma density is increased and the surface treatment speed is also increased.
【0063】更に、前記ノズル体のノズル長が不定長で
あることが好ましい。すなわち、プラズマ吹出口及び/
又は凹部、或いはプラズマ吹出口及び/又は貫通孔にお
いて、その全てのノズル体が均一の長さとする必要はな
く、適宜、変化させることができる。このようにノズル
体の長さを変化させることにより、基板へ到達するプラ
ズマの強度を、その基板の全表面において均一化するこ
とができる。Further, it is preferable that the nozzle length of the nozzle body is indefinite. That is, the plasma outlet and / or
Alternatively, it is not necessary that all the nozzle bodies have a uniform length in the concave portion, or the plasma outlet and / or the through hole, and can be changed as appropriate. By changing the length of the nozzle body in this manner, the intensity of plasma reaching the substrate can be made uniform over the entire surface of the substrate.
【0064】[0064]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面及び好適な実施例を参照して具体的に説明す
る。図1は本発明の第1実施例である表面処理装置1の
概略図である。同装置1では外気と遮断するケーシング
2が接地されている。同ケーシング2の内部は、プラズ
マ発生領域3と基板処理領域4との2つの領域が上下に
形成されており、それら領域の間には電極材料からなる
水平のプレート部材6が介装されている。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be specifically described below with reference to the drawings and preferred embodiments. FIG. 1 is a schematic diagram of a surface treatment apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention. In the apparatus 1, a casing 2 that blocks the outside air is grounded. Inside the casing 2, two regions, a plasma generation region 3 and a substrate processing region 4, are formed vertically, and a horizontal plate member 6 made of an electrode material is interposed between these regions. .
【0065】前記プラズマ発生領域3には、ケーシング
2の絶縁体により形成されている上壁2aに、電極部材
5が、前記プレート部材6に平行に取り付けられてい
る。前記電極部材5は高周波電源Pに接続されており、
同電極部材5と対向して平行に配された前記プレート部
材6は接地されている。前記電極部材5に電力を印加す
ることにより、前記電極部材5とプレート部材6との間
に放電が生じ、プラズマが発生する。すなわち、前記電
極部材5と前記プレート部材6とはプラズマ発生電極を
構成し、前記電極部材5がカソード電極、前記プレート
部材6がアノード電極である。In the plasma generation region 3, an electrode member 5 is attached to an upper wall 2 a formed of an insulator of the casing 2 in parallel with the plate member 6. The electrode member 5 is connected to a high frequency power supply P,
The plate member 6 disposed in parallel with the electrode member 5 is grounded. By applying electric power to the electrode member 5, a discharge is generated between the electrode member 5 and the plate member 6, and plasma is generated. That is, the electrode member 5 and the plate member 6 constitute a plasma generating electrode, and the electrode member 5 is a cathode electrode, and the plate member 6 is an anode electrode.
【0066】本発明では、上述したように前記プレート
部材6をケーシング2の内壁面には密着させずに離間さ
せて、適宜手段、例えばケーシング2の床面からの支持
部材などによって、ケーシング2内に設置している。そ
のため、前記プレート部材6の設置が容易であり、装置
の製作コストを低減させることができる。また、本実施
例では同プレート部材6を接地しているが、同プレート
部材6はケーシング2とは独立して接地されているた
め、同プレート部材6に所望のバイアスを印加すること
も可能である。更には、アノード電極である前記プレー
ト部材6の位置を上下に移動させてカソード電極5との
距離を変更可能にすることもできる。前記アノード電極
6とカソード電極5との距離を変更することにより、例
えば印加電力等の処理条件に応じて両者間の放電強度を
調整でき、処理速度や処理品質が制御可能になる。In the present invention, as described above, the plate member 6 is separated from the inner wall surface of the casing 2 without being in close contact with the inner wall surface thereof. Installed in Therefore, the installation of the plate member 6 is easy, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced. In this embodiment, the plate member 6 is grounded. However, since the plate member 6 is grounded independently of the casing 2, a desired bias can be applied to the plate member 6. is there. Furthermore, the position of the plate member 6 serving as the anode electrode can be moved up and down to change the distance from the cathode electrode 5. By changing the distance between the anode electrode 6 and the cathode electrode 5, the discharge intensity between the two can be adjusted according to processing conditions such as applied power, for example, and the processing speed and processing quality can be controlled.
【0067】前記プラズマ発生領域3と基板処理領域4
との間に介装された前記プレート部材6の中心には円形
の通孔7が形成されており、同通孔7は本発明のプラズ
マ吹出口7を構成する。なお、本実施例ではプレート部
材にアノード電極としての機能も付与しているが、前記
プレート部材6とは別途にアノード電極を設けることも
可能である。The plasma generation region 3 and the substrate processing region 4
A circular through-hole 7 is formed at the center of the plate member 6 interposed between the plate member 6 and the through-hole 7 and constitutes the plasma outlet 7 of the present invention. In this embodiment, the plate member also has a function as an anode electrode, but an anode electrode may be provided separately from the plate member 6.
【0068】本実施例においては、前記プラズマ吹出口
7の断面形状を円形としているが、他にも例えば矩形状
としたり、或いはプラズマ発生領域3から基板処理領域
4に向けて拡径する載頭円錐形状や、載頭角錐形状、更
には上流側の略半部が下流側に向けて縮径し、下流側の
半部が下流側に向けて拡径する形状などとすることも可
能である。また、前記プラズマ吹出口7をスリット形状
とすることも可能である。In the present embodiment, the cross-sectional shape of the plasma outlet 7 is circular. However, other than that, the plasma outlet 7 may have a rectangular shape, or a mounting portion whose diameter increases from the plasma generation region 3 to the substrate processing region 4. It is also possible to adopt a conical shape, a mounting pyramid shape, or a shape in which a substantially half portion on the upstream side is reduced in diameter toward the downstream side, and a half portion on the downstream side is increased in diameter toward the downstream side. . Further, the plasma outlet 7 can be formed in a slit shape.
【0069】前記プラズマ吹出口7の開口幅W、すなわ
ち直径Wは、W≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを
満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望のプ
ラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから分
解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)のう
ち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対する
電子の平均自由行程であり、Xとは所望のプラズマ発生
条件下において発生するシース層の厚みである。かかる
範囲に設定することにより、前記プラズマ吹出口7をホ
ローアノード放電の発生域とすることができる。前記開
口幅WをX/20≦Wの範囲に設定することが好まし
く、更には、前記開口幅WをX/5≦Wの範囲に設定す
ることが好ましい。The opening width W, ie, diameter W, of the plasma outlet 7 is set in a range satisfying either W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X. However, L (e) is the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. By setting such a range, the plasma outlet 7 can be a region where hollow anode discharge is generated. It is preferable that the opening width W is set in a range of X / 20 ≦ W, and further, it is preferable that the opening width W is set in a range of X / 5 ≦ W.
【0070】また、前記プラズマ吹出口7の長さ方向
(厚さ方向)の寸法Tは概ねX/50を下限とする。上
限は装置寸法上の制約、すなわち前記アノード電極6の
厚み、によって決定される。このプラズマ吹出口7の長
さTは、上述したガス圧及び直径の場合には0.1mm
〜100mmが好ましい。なお、ホロー放電を効率良く
発生させる観点からは、前記プラズマ吹出口7の長さT
は大きいほうが有利であり、より強いプラズマを発生さ
せることができる。そのため、前記プラズマ吹出口7の
開口縁部にノズル体を取り付けて、前記プラズマ吹出口
7の実質的な長さTを大きくさせることもできる。The lower limit of the dimension T in the length direction (thickness direction) of the plasma outlet 7 is approximately X / 50. The upper limit is determined by restrictions on the size of the device, that is, the thickness of the anode electrode 6. The length T of the plasma outlet 7 is 0.1 mm in the case of the above gas pressure and diameter.
〜100 mm is preferred. From the viewpoint of efficiently generating the hollow discharge, the length T of the plasma
The larger the value, the more advantageous it is, and a stronger plasma can be generated. Therefore, a nozzle body can be attached to the opening edge of the plasma outlet 7 to increase the substantial length T of the plasma outlet 7.
【0071】本実施例にあっては、前記ケーシング2の
上壁2a及びカソード電極5を貫通してガス供給口8が
形成されており、このガス供給口8からプラズマ発生領
域3内に、成膜処理の場合には例えばモノシラン等の原
料ガスと、プラズマの発生を促進すると共にプラズマを
安定化し、且つ原料ガスを基板Sまで搬送するためのキ
ャリアガスとの混合ガスを導入している。なお、このガ
ス供給口8は円筒状に限定されるものではなく、矩形筒
状であってもよい。In this embodiment, a gas supply port 8 is formed through the upper wall 2a of the casing 2 and the cathode electrode 5, and a gas supply port 8 is formed in the plasma generation region 3 from the gas supply port 8. In the case of film processing, a mixed gas of a source gas such as monosilane and a carrier gas for promoting the generation of plasma and stabilizing the plasma and transporting the source gas to the substrate S is introduced. The gas supply port 8 is not limited to a cylindrical shape, but may be a rectangular tube.
【0072】更に、同ガス供給口8の形成位置も上述の
位置に限定されるものではなく、任意の位置に形成する
ことが可能である。例えば図2に示すように、前記凹部
5aの底部に開口する位置に形成してもよく、或いは前
記アノード電極6の周壁部に開口する位置に形成するこ
ともできる。また、前記ガス供給口8を複数形成するこ
ともできる。Further, the formation position of the gas supply port 8 is not limited to the above-mentioned position, but can be formed at an arbitrary position. For example, as shown in FIG. 2, it may be formed at a position opening at the bottom of the recess 5a, or may be formed at a position opening at the peripheral wall of the anode electrode 6. Further, a plurality of the gas supply ports 8 may be formed.
【0073】なお、前記ガス供給口8からはプラズマ発
生領域3へキャリアガスのみを導入して、原料ガスは別
途、異なる導入口を設けて前記プラズマ発生領域3、成
膜処理領域4、或いは前記プラズマ吹出口7の途中へと
導入することもできる。It is to be noted that only the carrier gas is introduced from the gas supply port 8 into the plasma generation region 3, and a different introduction port is separately provided for the raw material gas so that the plasma generation region 3, the film formation processing region 4, or the It can also be introduced into the middle of the plasma outlet 7.
【0074】前記基板処理領域4内には前記プラズマ吹
出口7に対向する位置に基板支持台9が配されている。
本実施例においては前記基板支持台9は接地されている
ため、同支持台9上に載置された基板Sも同様に接地さ
れることとなる。なお、前記基板支持台9、すなわち基
板Sを接地せずに直流的又は交流的にバイアス印加する
ことも、パルス的にバイアス印加することも可能であ
る。或いは、前記基板支持台9に対して基板Sを電気的
に絶縁することも可能である。また、前記基板支持台9
にはヒータが内蔵されており、前記基板支持台9の上面
に載置された基板Sの温度を、気相成長に適した温度に
調整する。In the substrate processing area 4, a substrate support 9 is arranged at a position facing the plasma outlet 7.
In this embodiment, since the substrate support 9 is grounded, the substrate S placed on the support 9 is also grounded. It is possible to apply a DC or AC bias without grounding the substrate support 9, that is, the substrate S, or to apply a bias in a pulsed manner. Alternatively, the substrate S can be electrically insulated from the substrate support 9. Further, the substrate support 9
Has a built-in heater, and adjusts the temperature of the substrate S mounted on the upper surface of the substrate support 9 to a temperature suitable for vapor phase growth.
【0075】上記表面処理装置1により成膜処理を施す
場合に、前記カソード電極5に高周波電源Pにより高周
波電力を投入すると、前記電極5,6間で放電が起こ
り、前記プラズマ発生領域3内にプラズマが発生する。
そのプラズマにより、同プラズマ発生領域3に導入され
た原料ガス及びキャリアガスが活性化され、成膜に寄与
する活性種が生成される。このとき、前記基板処理領域
4からの排気に伴う内部ガスの流れと、さらに拡散とに
よって、同プラズマ発生領域3内のプラズマは、前記プ
ラズマ吹出口7から前記基板処理領域4内へと流れ出
る。このプラズマの流れにより前記処理領域4内の基板
S表面がプラズマ処理され、同基板4の表面に薄膜が形
成される。When a high-frequency power is applied to the cathode electrode 5 by the high-frequency power source P when performing the film forming process by the surface treatment apparatus 1, a discharge occurs between the electrodes 5 and 6, and Plasma is generated.
The source gas and the carrier gas introduced into the plasma generation region 3 are activated by the plasma, and active species contributing to film formation are generated. At this time, the plasma in the plasma generation region 3 flows out of the plasma outlet 7 into the substrate processing region 4 due to the flow of the internal gas accompanying the exhaust from the substrate processing region 4 and further diffusion. The surface of the substrate S in the processing region 4 is subjected to plasma processing by the flow of the plasma, and a thin film is formed on the surface of the substrate 4.
【0076】このとき、本発明にあっては、前記プラズ
マ吹出口7の開口幅Wを上述の範囲内に設定することに
より、前記プラズマ吹出口7にはホローアノード放電が
発生する。このホローアノード放電によって前記プラズ
マ吹出口7には新たにプラズマが生成されるため、基板
処理領域4へと導かれるプラズマの密度が高められる。
更には、プラズマ発生領域3で発生したプラズマが、ホ
ローアノード放電の発生域であるプラズマ吹出口7を通
過する際に、前記プラズマ内の電子のエネルギーが、活
性種を生成するに十分で、イオンを生成するには不充分
な強度まで適度に低減されるため、基板処理領域4へと
導かれるプラズマは成膜に寄与する活性種が更に増大
し、密度の大きなプラズマとなり、成膜速度が著しく向
上する。更には、ホローアノード放電の発生しているプ
ラズマ吹出口7を通過する際に、前記プラズマ内のイオ
ンエネルギーも低下するため、基板処理領域4へと導か
れたプラズマには、基板に衝突してダメージを与えるイ
オンが少なく、高品質な成膜が可能となる。At this time, according to the present invention, by setting the opening width W of the plasma outlet 7 within the above range, a hollow anode discharge is generated in the plasma outlet 7. Since the plasma is newly generated at the plasma outlet 7 by the hollow anode discharge, the density of the plasma guided to the substrate processing region 4 is increased.
Further, when the plasma generated in the plasma generation region 3 passes through the plasma outlet 7, which is a region where hollow anode discharge is generated, the energy of electrons in the plasma is sufficient to generate active species, Since the intensity of the plasma is appropriately reduced to an insufficient level to generate the plasma, the active species contributing to the film formation in the plasma guided to the substrate processing region 4 further increases, the plasma becomes a high density, and the film formation speed is remarkably increased. improves. Furthermore, when passing through the plasma outlet 7 in which the hollow anode discharge is generated, the ion energy in the plasma also decreases, so that the plasma guided to the substrate processing area 4 collides with the substrate and There are few ions that cause damage, and a high-quality film can be formed.
【0077】なお、上述したように本実施例では前記基
板支持台9、即ち基板Sが接地されているが、同基板S
を接地せずに所望の電位を印加することも可能である。
成膜処理にあたって、同基板Sに到達するプロセスプラ
ズマの電位Vsに対して1/2〜1倍の電位を前記基板
Sに印加し、同基板と前記プロセスプラズマとの差電圧
を小さくすることにより、プラズマからのイオンダメー
ジを減少させて高品質の薄膜を成膜することが可能とな
る。As described above, in this embodiment, the substrate support table 9, that is, the substrate S is grounded.
It is also possible to apply a desired potential without grounding.
In the film forming process, a potential that is 1/2 to 1 times the potential Vs of the process plasma reaching the substrate S is applied to the substrate S, and the difference voltage between the substrate and the process plasma is reduced. In addition, it is possible to form a high-quality thin film by reducing ion damage from plasma.
【0078】このとき、前記プロセスプラズマの電位V
sは、同プラズマの大部分が接触している電極の電位に
より決まる。従って、例えばカソード電極等の高周波電
圧と自己バイアスとをモニターすることにより、前記プ
ロセスプラズマの電位Vsをモニターすることができ
る。At this time, the potential V of the process plasma
s is determined by the potential of the electrode with which most of the plasma is in contact. Therefore, the potential Vs of the process plasma can be monitored by monitoring the high-frequency voltage of the cathode electrode and the like and the self-bias.
【0079】更に、本実施例では、円形断面の単一のプ
ラズマ吹出口7が形成されているが、基板Sの広い面積
にわたって表面処理を施す場合には、前記プラズマ吹出
口7を例えば図17〜図20に示すような配置で複数形
成することもできる。図17(a)に示す正6角形を基
本とする配置や、図17(b)に示す4角形を基本とす
る配置、図17(c)に示す3角形を基本とする配置な
どが好ましい。更には、図18(a)〜(c)に示すよ
うに、これらの配置において中心部分にはプラズマ吹出
口を形成しない配置が更に好ましい。また、図19
(a)及び図19(b)に示す放射状や、図20(a)
及び図20(b)に示す中心部分を除く配置とすること
も好ましい。Further, in this embodiment, a single plasma outlet 7 having a circular cross section is formed. However, when a surface treatment is performed over a large area of the substrate S, the plasma outlet 7 is connected to, for example, FIG. A plurality may be formed in the arrangement shown in FIG. An arrangement based on a regular hexagon shown in FIG. 17A, an arrangement based on a quadrangle shown in FIG. 17B, an arrangement based on a triangle shown in FIG. Further, as shown in FIGS. 18A to 18C, in these arrangements, an arrangement in which a plasma outlet is not formed in a central portion is more preferable. FIG.
(A) and the radial pattern shown in FIG.
It is also preferable to adopt an arrangement excluding the central portion shown in FIG.
【0080】更には、一筆書きできる実質的に一続きの
スリット形状、例えば図21に示すような渦巻き状や蛇
行状などの形状とすれば、大面積にわたって均一な処理
が可能となる。なお、複数孔にする場合も、スリット状
にする場合も、それらの孔径やスリット幅Wは本発明の
範囲内に設定することが好ましい。但し、複数の孔を一
定の孔径とする必要はなく、またスリット幅もその長さ
方向で一定である必要はない。均一にホローアノード放
電を発生させるためには、各種条件に応じて前記孔径や
スリット幅はアノード電極の中心部分から外縁部分へと
その寸法を漸減又は漸増させることが望ましい。Further, if a substantially continuous slit shape which can be written with one stroke, for example, a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. 21, uniform processing can be performed over a large area. It should be noted that in both cases of forming a plurality of holes and slits, the hole diameter and the slit width W are preferably set within the scope of the present invention. However, the plurality of holes need not have a constant diameter, and the slit width does not need to be constant in the length direction. In order to uniformly generate a hollow anode discharge, it is desirable that the hole diameter and the slit width gradually decrease or increase in size from the center portion to the outer edge portion of the anode electrode according to various conditions.
【0081】また、上記実施例では前記プレート部材
(アノード電極)6を接地しているが、前記電極5,6
にそれぞれ直流又は交流の電源又はパルス電源によって
バイアスを印加することもできる。このとき、本発明は
前記プレート部材6をケーシング2の内壁面に密着して
おらず、例えば床面からの支持部材などによってケーシ
ングから独立して設置されているため、同プレート部材
6へのバイアスの印加が容易である。In the above embodiment, the plate member (anode electrode) 6 is grounded.
Can be applied by a DC or AC power supply or a pulse power supply, respectively. At this time, in the present invention, since the plate member 6 is not in close contact with the inner wall surface of the casing 2 and is installed independently of the casing by, for example, a support member from the floor, the bias to the plate member 6 Is easy to apply.
【0082】なお、本実施例にあっては前記基板処理領
域4から内部ガスを排気しているため前記表面処理装置
内ではプラズマ発生領域3から基板処理領域4への内部
ガスの流れが形成されているが、これに限定されるもの
ではない。前記プラズマ発生領域に内部ガスの排気口を
設けて、内部ガスの流れを逆にすることもできる。但
し、この場合には前記プラズマ発生領域3から前記基板
処理領域4へのプラズマの輸送が拡散によってのみなさ
れ、内部ガスの流れによるプラズマの輸送は期待できな
いため、表面処理速度が若干、低下するものの、従来よ
りも高速な処理は確保される。また、ガスの導入はケー
シングの任意の位置にて可能である。特には、基板処理
領域4からガスを導入する場合に拡散の効果を得やす
い。In this embodiment, since the internal gas is exhausted from the substrate processing region 4, the internal gas flows from the plasma generation region 3 to the substrate processing region 4 in the surface processing apparatus. However, the present invention is not limited to this. An exhaust port for the internal gas may be provided in the plasma generation region to reverse the flow of the internal gas. However, in this case, the transport of the plasma from the plasma generation region 3 to the substrate processing region 4 is regarded as diffusion, and the transport of the plasma by the flow of the internal gas cannot be expected. Thus, processing that is faster than in the past is ensured. In addition, gas can be introduced at any position in the casing. In particular, when a gas is introduced from the substrate processing region 4, the effect of diffusion is easily obtained.
【0083】更に、上述した装置を用いて、アッシング
やエッチング、イオンドーピング等の他の表面処理を行
う場合にも、従来よりも低温で且つ高速に表面処理を行
うことが可能である。なお、例えばエッチング処理を施
す場合には、前記基板Sに対して前記プロセスプラズマ
の電位Vsよりも小さい電位、特にマイナスの電圧を印
加することにより、異方性を向上させることができる。Further, when other surface treatments such as ashing, etching, and ion doping are performed by using the above-described apparatus, the surface treatment can be performed at a lower temperature and at a higher speed than before. In the case where, for example, an etching process is performed, the anisotropy can be improved by applying a potential lower than the process plasma potential Vs, in particular, a negative voltage to the substrate S.
【0084】以下、本発明の他の実施例について図面を
参照して具体的に説明する。なお、以下の説明におい
て、上述の第1実施例と同一の構成には同一の符号を付
し、その詳細な説明は省略する。Hereinafter, another embodiment of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. In the following description, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
【0085】図2は本発明の第2実施例による表面処理
装置20の概略図である。同実施例では、カソード電極
が異なる以外は実施例1と同一の構成を備えている。本
第2実施例ではカソード電極10が本発明のホロープラ
ズマ発生電極を構成している。即ち、前記カソード電極
10の前記アノード電極6との対向面に、断面が円形を
なす複数の凹部10aが形成されている。この凹部10
aの開口幅W、すなわち直径Wは、W≦5L(e) 又はW
≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定している。但
し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下において、原料
ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原子、
分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は分子
種(活性種)に対する電子の平均自由行程であり、Xと
は所望のプラズマ発生条件下において発生するシース層
の厚みである。FIG. 2 is a schematic view of a surface treatment apparatus 20 according to a second embodiment of the present invention. This embodiment has the same configuration as the first embodiment except that the cathode electrode is different. In the second embodiment, the cathode electrode 10 constitutes the hollow plasma generating electrode of the present invention. That is, a plurality of concave portions 10 a having a circular cross section are formed on the surface of the cathode electrode 10 facing the anode electrode 6. This recess 10
The opening width W of a, that is, the diameter W is W ≦ 5L (e) or W
The range is set so as to satisfy any one of ≦ 20X. However, L (e) is a source gas species and an electrically neutral atom decomposed and generated therefrom under desired plasma generation conditions,
Among the molecular species (active species), it is the mean free path of electrons for the smallest diameter atom or molecular species (active species), and X is the thickness of the sheath layer generated under desired plasma generation conditions.
【0086】前記開口幅WをX/20≦Wの範囲に設定
することが好ましく、更には、前記開口幅WをX/5≦
Wの範囲に設定することが好ましい。前記プラズマ発生
条件のうちガス圧が10〜1400Paの範囲内にある
ときは、前記凹部10aの直径は0.1〜100mmの
範囲に設定され、より好ましくは1〜20mmである。
前記凹部10aの直径をかかる範囲に設定することによ
り、前記凹部10aをホローカソード放電の発生域とす
ることができる。It is preferable that the opening width W is set in a range of X / 20 ≦ W. Further, the opening width W is set to X / 5 ≦ W.
It is preferable to set in the range of W. When the gas pressure is in the range of 10 to 1400 Pa among the plasma generation conditions, the diameter of the recess 10 a is set in the range of 0.1 to 100 mm, and more preferably 1 to 20 mm.
By setting the diameter of the concave portion 10a in such a range, the concave portion 10a can be a region where hollow cathode discharge is generated.
【0087】前記複数の凹部10aは図17〜図20に
示すような配置で形成することが好ましい。図17
(a)に示す正6角形を基本とする配置や、図17
(b)に示す4角形を基本とする配置、図17(c)に
示す3角形を基本とする配置などが好ましい。更には、
図18(a)〜(c)に示すように、これらの配置にお
いて中心部分、即ち、プラズマ吹出口7の直上位置には
凹部10aを形成しない配置が更に好ましい。また、図
19(a)及び図19(b)に示す放射状や、図20
(a)及び図20(b)に示す中心部分を除く配置とす
ることも好ましい。The plurality of recesses 10a are preferably formed in an arrangement as shown in FIGS. FIG.
The arrangement based on the regular hexagon shown in FIG.
An arrangement based on a square as shown in FIG. 17B, an arrangement based on a triangle as shown in FIG. Furthermore,
As shown in FIGS. 18A to 18C, in these arrangements, it is more preferable that the concave portion 10a is not formed at the center portion, that is, immediately above the plasma outlet 7. In addition, the radial patterns shown in FIGS.
It is also preferable to adopt an arrangement excluding the central portion shown in FIG. 20A and FIG.
【0088】また、前記凹部10aの深さDは概ねX/
50を下限とする。上限は装置寸法上の制約、すなわち
前記カソード電極10の厚みによって決定される。この
凹部10aの深さDは、上述したガス圧及び直径の場合
には0.1mm〜100mmが好ましい。なお、ホロー
放電を効率良く発生させる観点からは、前記凹部10a
の深さDは大きいほうが有利であり、より強いプラズマ
を発生させることができる。そのため、前記凹部5aの
開口縁部にノズル体を取り付けて、前記凹部10aの実
質的な深さDを大きくさせることもできる。The depth D of the recess 10a is approximately X /
50 is the lower limit. The upper limit is determined by restrictions on the size of the device, that is, the thickness of the cathode electrode 10. The depth D of the concave portion 10a is preferably 0.1 mm to 100 mm in the case of the above gas pressure and diameter. In addition, from the viewpoint of efficiently generating the hollow discharge, the concave portion 10a
It is advantageous that the depth D is larger, so that stronger plasma can be generated. Therefore, a substantial depth D of the concave portion 10a can be increased by attaching a nozzle body to the opening edge of the concave portion 5a.
【0089】なお、本実施例にあっては前記凹部10a
は円形断面であるが、他にも多角形状としてもよい。断
面積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化さ
せ、例えば底面が開口よりも大きく、或いは小さい凹部
であってもよい。更には、前記凹部10aを矩形状や図
21に示すような渦巻き形状や蛇行形状などの溝構造と
することもできる。このような矩形状や渦巻き形状等の
溝構造とする場合には、その凹部10aの開口幅Wとは
溝幅(溝壁間の寸法)であり、この溝幅を上述の範囲内
で設定する。なお、この溝幅は一定でなくてもよく、カ
ソード電極10の中心から外縁へ向けてその溝幅を漸減
又は漸増させることもできる。また、前記凹部10aの
内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。複数の前記凹
部10aは、互いに同一寸法及び同一形態とする必要は
無く、異なる寸法及び形態をもつ凹部10aを複数形成
してもよい。In this embodiment, the recess 10a
Has a circular cross section, but may have other polygonal shapes. The cross-sectional area does not need to be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Further, the concave portion 10a may have a groove shape such as a rectangular shape, a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a rectangular or spiral groove structure, the opening width W of the concave portion 10a is a groove width (dimension between groove walls), and this groove width is set within the above range. . Note that the groove width may not be constant, and the groove width may be gradually reduced or increased from the center of the cathode electrode 10 to the outer edge. Further, a partial unevenness may be formed on the inner wall surface of the concave portion 10a. It is not necessary that the plurality of recesses 10a have the same size and the same form, and a plurality of recesses 10a having different sizes and forms may be formed.
【0090】このとき、前記カソード電極10には複数
の凹部10aが形成されており、しかも同凹部10aの
開口幅Wが上述の範囲内に設定されているため、印加す
る高周波電力に応じて通常のグロー放電からホローカソ
ード放電を含む放電に移行する。同凹部10aにおいて
ホローカソード放電が発生し、同凹部10aにおいて新
たなプラズマが発生する。そのため、前記プラズマ発生
領域3内において発生するプラズマは密度の大きなプラ
ズマとなり、成膜処理に寄与する活性種が増加するた
め、表面処理の速度が高められる。また、前記カソード
電極10に凹部10aを形成することにより、実質的に
プラズマと接触するカソード電極10の表面積が増大す
る。それにより、放電生成時における自己バイアスをよ
りプラスの方向へともっていくことができ、接地されて
いるアノード電極6近傍での原料ガスの励起、分解反応
を促進し、表面処理の速度を向上させることができる。At this time, since a plurality of recesses 10a are formed in the cathode electrode 10, and the opening width W of the recess 10a is set within the above-described range, the cathode electrode 10 usually has a width depending on the applied high frequency power. From the glow discharge to the discharge including the hollow cathode discharge. Hollow cathode discharge is generated in the concave portion 10a, and new plasma is generated in the concave portion 10a. Therefore, the plasma generated in the plasma generation region 3 is a plasma having a high density, and the number of active species contributing to the film forming process is increased, so that the speed of the surface treatment is increased. In addition, by forming the concave portion 10a in the cathode electrode 10, the surface area of the cathode electrode 10 that substantially comes into contact with plasma increases. Thereby, the self-bias at the time of discharge generation can be taken in a more positive direction, and the excitation and decomposition reaction of the raw material gas in the vicinity of the grounded anode electrode 6 is promoted, and the speed of the surface treatment is improved. be able to.
【0091】更には、プラズマ吹出口7におけるホロー
アノード放電に加え、ホローカソード放電が生じること
により、両電極10,6間でのプラズマの電子温度が低
下すると共に電子密度が高くなるため、プロセスプラズ
マとしての性能が向上する。更に、ホローカソード放電
によりカソード電極10での高周波電圧が減少すると共
に自己バイアス電圧が上昇するため、両電極10,6間
に生じたプラズマの有する空間電位も上昇する。その結
果、プラズマ吹出口7におけるホローアノード放電が生
じやすくなり、同プラズマ吹出口7において高密度なプ
ラズマを生成することができるといった相乗効果が得ら
れる。また、同様の理由からプラズマ発生領域3内では
電界集中も生じやすくなり、局所的に高密度プラズマ化
された不均一な放電が生成可能となる。Furthermore, since hollow cathode discharge occurs in addition to hollow anode discharge at the plasma outlet 7, the electron temperature of the plasma between the electrodes 10 and 6 decreases and the electron density increases. Performance is improved. Further, the hollow cathode discharge reduces the high-frequency voltage at the cathode electrode 10 and increases the self-bias voltage, so that the space potential of the plasma generated between the electrodes 10 and 6 also increases. As a result, a hollow anode discharge easily occurs in the plasma outlet 7, and a synergistic effect that high-density plasma can be generated in the plasma outlet 7 is obtained. Further, for the same reason, the electric field concentration easily occurs in the plasma generation region 3, and it is possible to generate a non-uniform discharge in which a high-density plasma is locally generated.
【0092】図3は、本発明の第3実施例による表面処
理装置21の概略図である。同装置21は、カソード電
極10に形成された凹部10aの内壁面及びプラズマ吹
出口7の内壁面に磁石11が配されている点で上述した
第1実施例と異なるが、その他の構成は上記第1実施例
の表面処理装置1と同一である。なお、前記磁石11
は、前記凹部10aや前記プラズマ吹出口7に磁場を付
与するように配されていればよい。したがって、前記磁
石11は同図3に示すように前記内壁面内に埋設する他
にも、例えば、前記カソード電極10内の前記凹部10
aの上方に埋設したり、或いは前記カソード電極10の
外部に配することもでき、さらにはこれらの配置の組み
合わせであってもよい。なお、これらの磁石11の配置
にあたっては、前記磁石11がプラズマに直接晒される
ことがないように磁石11を取り付けることが好まし
い。FIG. 3 is a schematic diagram of a surface treatment apparatus 21 according to a third embodiment of the present invention. The device 21 is different from the first embodiment in that the magnet 11 is arranged on the inner wall surface of the concave portion 10a formed in the cathode electrode 10 and the inner wall surface of the plasma outlet 7, but other configurations are the same as those of the first embodiment. This is the same as the surface treatment apparatus 1 of the first embodiment. The magnet 11
May be arranged so as to apply a magnetic field to the recess 10a and the plasma outlet 7. Accordingly, the magnet 11 may be buried in the inner wall surface as shown in FIG.
It may be buried above “a” or may be arranged outside the cathode electrode 10, or may be a combination of these arrangements. In arranging these magnets 11, it is preferable to attach the magnets 11 so that the magnets 11 are not directly exposed to plasma.
【0093】前記磁石11の磁場は、磁力線の方向が上
記凹部10a及びプラズマ吹出口7の各軸線方向と平行
になるように印加されていることが好ましい。同磁石の
強度は前記凹部110a及びプラズマ吹出口7のそれぞ
れの軸中心において1〜2000mT、内壁面及びその
近傍では2〜2000mTとし、より好ましくは軸中心
で5〜500mT、内壁面及びその近傍で5〜1000
mTである。It is preferable that the magnetic field of the magnet 11 is applied such that the direction of the line of magnetic force is parallel to the axis of each of the recess 10a and the plasma outlet 7. The strength of the magnet is 1 to 2000 mT at the center of each axis of the concave portion 110a and the plasma outlet 7, and 2 to 2000 mT at the inner wall surface and its vicinity, and more preferably 5 to 500 mT at the center of the shaft and at the inner wall surface and its vicinity. 5-1000
mT.
【0094】このように凹部10a及びプラズマ吹出口
7に磁場を形成することにより、そこに発生しているプ
ラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記凹
部10a及びプラズマ吹出口7の内部に電子を長く留ま
らせることができる。この電子の軌道調整により、電子
のエネルギー(電子温度)を高めることなく、原料ガス
への電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が
促進され、成膜速度が向上する。By forming a magnetic field in the recess 10a and the plasma outlet 7 in this manner, the trajectory of electrons in the plasma generated there is adjusted by the magnetic field, and the inside of the recess 10a and the plasma outlet 7 is adjusted. Can keep electrons for a long time. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be increased without increasing the energy (electron temperature) of the electrons, so that the generation of active species is promoted and the film forming speed is improved.
【0095】また、磁石11を配して磁場を形成するこ
とにより、凹部10aの開口幅Wや深さD又はプラズマ
吹出口7の開口幅Wの寸法の許容範囲が、磁石11を配
していない場合に比べて概ね30%程度広がる。Further, by forming the magnetic field by arranging the magnet 11, the allowable range of the dimension of the opening width W and the depth D of the concave portion 10a or the opening width W of the plasma outlet 7 is such that the magnet 11 is arranged. Spread about 30% compared to the case without.
【0096】なお、本実施例では全ての凹部10a及び
プラズマ吹出口7に磁石11を配しているが、それら全
てに磁石11を配するのではなく、選択されたいずれか
にのみ磁石11を配することもできる。更には電磁石等
の手段により磁場を形成することも可能である。また、
磁石の極性を含めた磁場の配置と同磁場の強度とは、プ
ラズマ密度を高めるよう任意に設定される。In this embodiment, the magnets 11 are arranged in all the recesses 10a and the plasma outlets 7. However, the magnets 11 are not arranged in all of them, and the magnets 11 are arranged only in a selected one. They can also be placed. Furthermore, a magnetic field can be formed by means such as an electromagnet. Also,
The arrangement of the magnetic field including the polarity of the magnet and the strength of the magnetic field are arbitrarily set so as to increase the plasma density.
【0097】図4は、本発明の第4実施例による表面処
理装置22の概略図である。この表面処理装置22も、
ケーシング2内のプラズマ発生領域3と基板処理領域4
との2つの領域の間にプレート部材6′が介装されてい
る。前記プレート部材6′はプラズマ発生電極のアノー
ド電極であり、同アノード電極6′の中心には円形のプ
ラズマ吹出口7′が形成されている。FIG. 4 is a schematic diagram of a surface treatment apparatus 22 according to a fourth embodiment of the present invention. This surface treatment device 22 also
Plasma generation area 3 and substrate processing area 4 in casing 2
A plate member 6 'is interposed between the two regions. The plate member 6 'is an anode electrode of a plasma generating electrode, and a circular plasma outlet 7' is formed at the center of the anode electrode 6 '.
【0098】前記カソード電極10は前記アノード電極
6′との対向面に、断面が円形をなす複数の凹部10a
が形成されており、この凹部10aの開口幅Wは、W≦
5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設
定されている。更に好ましくは、前記開口幅WはX/5
≦Wの範囲に設定される。前記凹部10aの直径をかか
る範囲に設定することにより、前記凹部10aにおいて
ホローカソード放電が発生する。The cathode electrode 10 has a plurality of recesses 10a having a circular cross section on the surface facing the anode electrode 6 '.
Are formed, and the opening width W of the concave portion 10a is W ≦
The range is set so as to satisfy either 5L (e) or W ≦ 20X. More preferably, the opening width W is X / 5
≦ W is set. By setting the diameter of the concave portion 10a in such a range, a hollow cathode discharge occurs in the concave portion 10a.
【0099】本実施例の以上の構成は上述した第2実施
例と同様であるが、前記アノード電極6′に形成されて
いるプラズマ吹出口7′の開口幅Wが大きくため、又は
長さ(厚み)Tが小さいため、同プラズマ吹出口7′に
おいてホロー放電が発生していない点で上述した第1実
施例の表面処理装置1とは異なるものである。The configuration of the present embodiment is the same as that of the second embodiment described above, but the opening width W of the plasma outlet 7 'formed in the anode electrode 6' is large, or the length ( This is different from the surface treatment apparatus 1 of the first embodiment in that no hollow discharge is generated at the plasma outlet 7 'because the thickness (T) is small.
【0100】本実施例では、プラズマ吹出口7′におい
てホロー放電が発生しないため、上述した第1実施例よ
りは表面処理の速度及び品質が若干劣るものの、カソー
ド電極10の凹部10aにおいてホローカソード放電が
生じているため、従来の表面処理装置と比較すれば、そ
の処理速度及び処理品質は向上している。In this embodiment, since the hollow discharge does not occur at the plasma outlet 7 ', the speed and quality of the surface treatment are slightly inferior to those of the first embodiment, but the hollow cathode discharge is formed in the concave portion 10a of the cathode electrode 10. Therefore, the processing speed and the processing quality are improved as compared with the conventional surface treatment apparatus.
【0101】図5は本発明の第5実施例による表面処理
装置23の概略図である。同装置23は、本発明のホロ
ープラズマ発生電極であるカソード電極12が中空円柱
状の空洞体である点で上述した第2実施例と異なるが、
その他の構成は上記第2実施例の表面処理装置1と同一
である。FIG. 5 is a schematic view of a surface treatment apparatus 23 according to a fifth embodiment of the present invention. The device 23 is different from the second embodiment in that the cathode electrode 12 which is the hollow plasma generating electrode of the present invention is a hollow cylindrical hollow body,
Other configurations are the same as those of the surface treatment apparatus 1 of the second embodiment.
【0102】空洞体である前記カソード電極12は、プ
レート部材(アノード電極)6との対向部分、すなわち
前記カソード電極12の下壁部12aに、空洞内部に連
通する円形断面をもつ複数の貫通孔12bが形成されて
いる。この貫通孔12bは図17〜図20に示すような
配置で形成することが好ましい。なお、この貫通孔12
bは前記アノード電極6に形成されたプラズマ吹出口7
の直上位置を避けた位置、即ち図18又は図20に示す
配置で形成することがより望ましい。The cathode electrode 12, which is a hollow body, has a plurality of through-holes having a circular cross section communicating with the inside of the cavity in a portion facing the plate member (anode electrode) 6, ie, a lower wall portion 12a of the cathode electrode 12. 12b is formed. This through-hole 12b is preferably formed in an arrangement as shown in FIGS. In addition, this through hole 12
b denotes a plasma outlet 7 formed in the anode electrode 6
It is more desirable to form it in a position avoiding the position immediately above the above, that is, in the arrangement shown in FIG.
【0103】この貫通孔12bをホローカソード放電の
発生域とし得るよう、その開口幅W、すなわち直径Wを
W≦5L(e) 又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲
に設定している。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条
件下において、原料ガス種及びそこから分解発生する電
気的に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の
小さな原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自
由行程であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において
発生するシース層の厚みである。なお、前記開口幅Wは
X/20≦Wの範囲に設定されることが好ましく、更に
は、X/5≦Wの範囲に設定されることがより好まし
い。The opening width W, that is, the diameter W, is set to a range satisfying either W ≦ 5L (e) or W ≦ 20X so that the through-hole 12b can be used as a hollow cathode discharge generating region. However, L (e) is the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The opening width W is preferably set in a range of X / 20 ≦ W, and more preferably in a range of X / 5 ≦ W.
【0104】また、複数の前記貫通孔12bは開口幅W
が全て同一でなくてもよく、複数の前記貫通孔12bに
おいて均一にホローカソード放電を発生させるために、
適宜、異なる開口幅Wに設定することができる。特に、
印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によ
って、中心付近の貫通孔12bは開口幅Wを小さくし外
縁方向にその開口幅Wを漸増させ、或いは、中心付近で
開口幅Wを大きくし外縁方向にその開口幅Wを漸減させ
ることが好ましい。Further, the plurality of through holes 12b have an opening width W.
Are not necessarily the same, and in order to uniformly generate a hollow cathode discharge in the plurality of through holes 12b,
A different opening width W can be appropriately set. In particular,
Depending on the frequency of the applied power or under other conditions, the through-hole 12b near the center decreases the opening width W and gradually increases the opening width W in the outer edge direction, or increases the opening width W near the center. It is preferable to gradually decrease the opening width W in the outer edge direction.
【0105】前記プラズマ発生条件のうちガス圧が10
〜1400Paの範囲内にあるときは、前記貫通孔12
bの直径は0.1〜100mmの範囲に設定され、より
好ましくは1〜20mmである。前記貫通孔12bの直
径をかかる範囲に設定することにより、前記貫通孔12
bにホローカソード放電が発生する。Among the above plasma generation conditions, when the gas pressure is 10
When the pressure is within the range of 1400 Pa,
The diameter of b is set in the range of 0.1 to 100 mm, more preferably 1 to 20 mm. By setting the diameter of the through hole 12b in such a range, the through hole 12b
A hollow cathode discharge occurs at b.
【0106】また、前記貫通孔12bの長さT、すなわ
ち本実施例の場合には前記下壁部12aの厚みTは概ね
X/50を下限とする。上限は装置寸法上の制約によっ
て決定される。この貫通孔12bの長さTは上述したガ
ス圧及び直径の場合には、0.3〜70mmが好まし
い。The lower limit of the length T of the through hole 12b, that is, the thickness T of the lower wall portion 12a in this embodiment is approximately X / 50. The upper limit is determined by restrictions on the size of the device. The length T of the through hole 12b is preferably 0.3 to 70 mm in the case of the gas pressure and the diameter described above.
【0107】なお、本実施例にあっては前記貫通孔12
bは円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、
不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も
一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させても
よい。更には、前記貫通孔12bを断面が矩形状のスリ
ット構造としたり、或いは図21に示すような渦巻き形
状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造と
することもできる。このようなスリット構造とする場合
には、その貫通孔12bの開口幅Wとはスリット幅であ
り、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。なお、
このスリット幅は一定でなくてもよく、中心から外縁へ
向けて漸増又は漸減させることもできる。また、前記貫
通孔12bの内壁面に部分的な凹凸を形成してもよい。
複数の前記貫通孔12bは、互いに同一寸法及び同一形
態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ貫通孔
12bを複数形成してもよい。In this embodiment, the through holes 12
b is a circular cross-section, but also elliptical, rectangular, polygonal,
Any shape such as an irregular shape can be used. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Further, the through hole 12b may have a slit structure having a rectangular cross section, or a slit structure having a one-dimensional spread such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a slit structure, the opening width W of the through hole 12b is a slit width, and this slit width is set within the above-described range. In addition,
This slit width may not be constant, and may be gradually increased or decreased from the center toward the outer edge. In addition, partial unevenness may be formed on the inner wall surface of the through hole 12b.
It is not necessary that the plurality of through holes 12b have the same size and the same form, and a plurality of through holes 12b having different sizes and forms may be formed.
【0108】更に、本実施例にあっては、前記カソード
電極12の空洞内部をホローカソード放電の発生域とし
得るよう、前記カソード電極12の前記貫通孔12bの
形成方向に沿った空洞内部の対面距離、即ち図面では上
下の高さHを、H≦5L(e)又はH≦20Xのいずれか
を満足する範囲に設定している。但し、L(e) は所望の
プラズマ発生条件下において、原料ガス種及びそこから
分解発生する電気的に中性の原子、分子種(活性種)の
うち最も直径の小さな原子又は分子種(活性種)に対す
る電子の平均自由行程であり、Xは所望のプラズマ発生
条件下において発生するシース層の厚みである。前記空
洞内部の高さHは、X/20≦Hの範囲に設定すること
が好ましく、更には、X/5≦Hの範囲に設定すること
が好ましい。前記プラズマ発生条件のうちガス圧が上述
したように10〜1400Paの範囲内にあり、且つ貫
通孔11bの寸法が上述の範囲に有る場合には、空洞内
部の高さHは0.1〜100mmに設定することが好ま
しく、更には空洞内部の高さHは1〜20mmに設定す
ることがより好ましい。Further, in the present embodiment, the inside of the cavity of the cathode electrode 12 along the direction in which the through holes 12b are formed is formed so that the inside of the cavity of the cathode electrode 12 can be used as a region for generating a hollow cathode discharge. The distance, that is, the height H in the drawing, is set in a range that satisfies either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X. However, L (e) is the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The height H inside the cavity is preferably set in a range of X / 20 ≦ H, and more preferably in a range of X / 5 ≦ H. When the gas pressure is in the range of 10 to 1400 Pa as described above and the size of the through hole 11b is in the above range, the height H inside the cavity is 0.1 to 100 mm. , And more preferably, the height H inside the cavity is set to 1 to 20 mm.
【0109】なお、図示例では前記空洞内部の高さHを
一定にしているが、前記高さHは一定でなくてもよく、
空洞内部の少なくとも一部において、前記高さHを上述
した範囲内に設定すればよい。ホローカソード放電を空
洞内部の略全域にわたって均一に発生させるために、印
加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によっ
て、中心付近での空洞内部の高さHを小さくし外縁方向
にその高さHを漸増させ、或いは、中心付近で高さHを
大きくし外縁方向にその高さHを漸減させることが好ま
しい。In the illustrated example, the height H inside the cavity is constant, but the height H may not be constant.
In at least a part of the inside of the cavity, the height H may be set within the range described above. In order to generate a hollow cathode discharge uniformly over substantially the entire region inside the cavity, the height H inside the cavity near the center is reduced depending on the frequency of the applied power or other conditions, and the height H is reduced toward the outer edge. It is preferable to gradually increase the height H, or increase the height H near the center and gradually decrease the height H in the outer edge direction.
【0110】また、図示例では前記カソード電極12は
壁部が略均一な厚みをもち、全体が中空になっている空
洞体であるが、周壁部を厚くし、中心部分のみを中空状
にしたり、或いは局部的な中空部分を形成することもで
きる。また、その中空部分に凹部を形成することもでき
る。Further, in the illustrated example, the cathode electrode 12 is a hollow body having a substantially uniform thickness in the wall and being entirely hollow. However, the peripheral wall is thickened, and only the central portion is hollow. Alternatively, a local hollow portion can be formed. Further, a concave portion can be formed in the hollow portion.
【0111】前記カソード電極12の上壁部12cの中
心に円筒状のガス供給口12dを形成し、このガス供給
口12dから前記カソード電極11の空洞内部に、モノ
シラン等の原料ガスと、プラズマの発生を促進すると共
にプラズマを安定化し、且つ原料ガスを基板Sまで搬送
するためのキャリアガスとの混合ガスを導入している。
なお、このガス供給口12dは円筒状に限定されるもの
ではなく、矩形筒状であってもよい。更に、同ガス供給
口12dの形成位置も前記上壁部12cの中心に限定さ
れるものではなく、任意の位置に、任意の個数、形成す
ることが可能である。A cylindrical gas supply port 12d is formed at the center of the upper wall portion 12c of the cathode electrode 12, and a raw material gas such as monosilane and plasma are supplied from the gas supply port 12d into the inside of the cavity of the cathode electrode 11. A mixed gas with a carrier gas for promoting generation, stabilizing plasma, and transporting the source gas to the substrate S is introduced.
The gas supply port 12d is not limited to a cylindrical shape, but may be a rectangular cylindrical shape. Further, the formation position of the gas supply port 12d is not limited to the center of the upper wall portion 12c, but may be formed at an arbitrary position in an arbitrary number.
【0112】かかるガス供給口12dから前記カソード
電極12の内部に導入された混合ガスは、前記貫通孔1
2bから前記プラズマ発生領域3内にシャワー状に導入
される。このように、混合ガスを一旦、前記カソード電
極12の内部に貯留したのち、前記貫通孔12bからシ
ャワー状に前記プラズマ発生領域3内に導入することに
より、前記混合ガスを均一の濃度及び圧力で前記プラズ
マ発生領域3内に導入することができる。The mixed gas introduced from the gas supply port 12d into the inside of the cathode electrode 12 is supplied to the through hole 1d.
2b is introduced into the plasma generation region 3 in a shower shape. As described above, once the mixed gas is stored inside the cathode electrode 12, the mixed gas is introduced into the plasma generation region 3 in the form of a shower from the through hole 12b so that the mixed gas has a uniform concentration and pressure. It can be introduced into the plasma generation region 3.
【0113】なお、前記カソード電極12の空洞内部に
はキャリアガスのみを導入して、原料ガスは別途、異な
る導入口を設けて前記プラズマ発生領域3の内部、成膜
処理領域4の内部、或いはプラズマ吹出口7の途中へと
導入することもできる。It is to be noted that only the carrier gas is introduced into the cavity of the cathode electrode 12 and the raw material gas is separately provided with a different inlet so that the inside of the plasma generating region 3, the inside of the film forming region 4, or It can also be introduced into the middle of the plasma outlet 7.
【0114】前記カソード電極12に高周波電源Pによ
り高周波電力を投入すると、前記電極12,6間で放電
が起こり、前記プラズマ発生領域3内にプラズマが発生
する。印加する高周波電力に応じて通常のグロー放電か
らホローカソード放電を含む放電に移行する。このと
き、前記カソード電極12は、前記貫通孔12bにホロ
ーカソード放電が発生し、同貫通孔12bにおいて新た
なプラズマが発生すると共に、同カソード電極12の空
洞内部においてもホローカソード放電が発生して新たな
プラズマが発生している。そのため、前記プラズマ発生
領域3内において発生するプラズマは密度の大きなプラ
ズマとなり、成膜処理に寄与する活性種が増加するた
め、表面処理の速度が高められる。When high-frequency power is applied to the cathode electrode 12 by the high-frequency power source P, discharge occurs between the electrodes 12 and 6, and plasma is generated in the plasma generation region 3. The transition from normal glow discharge to discharge including hollow cathode discharge is made according to the applied high frequency power. At this time, in the cathode electrode 12, a hollow cathode discharge is generated in the through-hole 12b, a new plasma is generated in the through-hole 12b, and a hollow cathode discharge is also generated inside the cavity of the cathode electrode 12. New plasma is being generated. Therefore, the plasma generated in the plasma generation region 3 is a plasma having a high density, and the number of active species contributing to the film forming process is increased, so that the speed of the surface treatment is increased.
【0115】また、前記カソード電極12は空洞体であ
り、貫通孔12bを形成して同貫通孔12bと空洞内部
とにプラズマを発生させているため、実質的にプラズマ
と接触するカソード電極12の表面積が、上述した第2
実施例の場合よりも更に増大する。それにより、放電生
成時における自己バイアスをよりプラスの側へともって
いくことができ、接地されているアノード電極6近傍で
の原料ガスの励起、分解反応を促進し、表面処理の速度
をより向上させることができる。Further, since the cathode electrode 12 is a hollow body, and a through-hole 12b is formed and plasma is generated between the through-hole 12b and the inside of the cavity, the cathode electrode 12 which substantially contacts the plasma is formed. The surface area is the second
It increases further than in the case of the embodiment. Thereby, the self-bias at the time of discharge generation can be brought to the more positive side, and the excitation and decomposition reaction of the raw material gas in the vicinity of the grounded anode electrode 6 is promoted, and the speed of the surface treatment is further improved. Can be done.
【0116】更に、空洞体であるカソード電極12の空
洞内部や前記貫通孔12bに磁場を形成するよう、適宜
の個所に磁石を配することもできる。なおその際には、
磁石の磁場は、磁力線の方向が上記貫通孔12bの軸線
方向と平行になるように、また前記空洞内部では電極面
と平行になるように、印加されることが望ましい。同磁
石の強度は前記貫通孔及び空洞内部の中心において1〜
2000mT、貫通孔及び空洞内部の内壁面及びその近
傍で2〜2000mTとし、より好ましくは中心で5〜
500mT、内壁面及びその近傍で5〜1000mTと
する。Further, a magnet can be arranged at an appropriate place so as to form a magnetic field in the cavity of the cathode electrode 12 which is a hollow body or in the through hole 12b. In that case,
The magnetic field of the magnet is desirably applied so that the direction of the magnetic field lines is parallel to the axial direction of the through hole 12b, and is parallel to the electrode surface inside the cavity. The strength of the magnet is 1 to 1 at the center of the through hole and the inside of the cavity.
2000 mT, 2 to 2000 mT on the inner wall surface and the vicinity of the through hole and the cavity, and more preferably 5 to 5 m at the center
500 mT, and 5 to 1000 mT on the inner wall surface and its vicinity.
【0117】このように貫通孔12bや空洞内部に磁場
を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内
の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔12
b及び空洞内部に電子を長く留まらせることができる。
この電子の軌道調整により、電子のエネルギー(電子温
度)を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を
長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が
向上する。By forming a magnetic field inside the through-hole 12b and the cavity as described above, the trajectory of the electrons in the plasma generated there is adjusted by the magnetic field, and
b and the electrons can stay in the cavity for a long time.
By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be increased without increasing the energy (electron temperature) of the electrons, so that the generation of active species is promoted and the film forming speed is improved.
【0118】なお、磁場は全ての貫通孔12bに形成す
る必要は無く、選択されたいずれかにのみ磁場を形成す
ることもできる。また、電磁石等の手段により磁場を形
成することも可能である。It is not necessary to form a magnetic field in all the through holes 12b, and a magnetic field can be formed only in one of the selected through holes 12b. It is also possible to form a magnetic field by means such as an electromagnet.
【0119】更に、カソード電極12における貫通孔1
2b又はその空洞内部でのホローカソード放電により生
じるプラズマ密度を大きくするために、前記貫通孔12
bにおいてホローカソード放電を効率良く発生させる観
点からは、前記貫通孔12bの長さTは大きいほうが有
利であり、より強いプラズマを発生させることができ
る。しかしながら、前記カソード電極12の下壁部12
aの厚みは、材料コストの観点からも空洞内部に導入さ
れるガス圧及び印加電力に耐え得る最小の厚みにするこ
とが望ましい。Further, the through hole 1 in the cathode electrode 12
In order to increase the plasma density generated by the hollow cathode discharge inside 2b or its cavity,
From the viewpoint of efficiently generating a hollow cathode discharge in b, it is advantageous that the length T of the through-hole 12b is large, and a stronger plasma can be generated. However, the lower wall 12 of the cathode electrode 12
The thickness of a is desirably the minimum thickness that can withstand the gas pressure and applied power introduced into the cavity from the viewpoint of material cost.
【0120】そのため、前記貫通孔12bの長さTを長
くするためには、同貫通孔12bの周縁にノズル体を取
り付けることが望ましい。なお、このノズル体は前記貫
通孔12bからプラズマ発生領域3側へ突設してもよ
く、或いは空洞内部へ突設することもできる。更には両
側へ突設してもよい。また、同ノズル体を磁石により構
成することもできる。但し、磁石が直接プラズマに晒さ
れることのないようにすることが好ましい。For this reason, in order to increase the length T of the through hole 12b, it is desirable to attach a nozzle body to the periphery of the through hole 12b. The nozzle body may be protruded from the through hole 12b toward the plasma generation region 3 or may be protruded into the cavity. Further, it may be provided on both sides. Further, the nozzle body may be constituted by a magnet. However, it is preferable that the magnet is not directly exposed to the plasma.
【0121】なお、ノズル体はその中心線を貫通孔12
bの線と一致させて配してもよく、前記ノズル体の中心
線を前記貫通孔12bの軸線に対して角度をもって配す
る、即ち、ノズル体を斜めに配することもできる。ま
た、ノズル体は断面積が一定の筒体や、断面積を漸増又
は漸減させる形状をもつ筒体、更にはチューブ状のノズ
ル体をらせん状に配することもできる。かかるノズル体
の変形については、上述したプラズマ吹出口7や凹部1
0aに取り付けられるノズル体にも適用が可能である。The nozzle body has its center line aligned with the through hole 12.
The center line of the nozzle body may be arranged at an angle with respect to the axis of the through hole 12b, that is, the nozzle body may be arranged obliquely. Further, the nozzle body may be a cylindrical body having a constant cross-sectional area, a cylindrical body having a shape for gradually increasing or decreasing the cross-sectional area, or a tube-shaped nozzle body may be spirally arranged. Regarding the deformation of the nozzle body, the plasma outlet 7 and the recess 1 described above are used.
The present invention can also be applied to a nozzle body attached to Oa.
【0122】更に、プラズマが接触するカソード電極1
2の表面積を増大させるために、同カソード電極12の
空洞内部をその高さ方向に延在する隔壁により仕切るこ
ともできる。このように表面積を自在に調節することが
できるため、同カソード電極12の自己バイアスを自由
に制御できる。なお、前記隔壁はカソード電極12の上
下の壁部と密着していなくてもよく、隙間が形成され仕
切られた各空間が連通していてもよい。Further, the cathode electrode 1 with which the plasma contacts
In order to increase the surface area of the cathode electrode 2, the inside of the cavity of the cathode electrode 12 may be partitioned by a partition extending in the height direction. Since the surface area can be freely adjusted in this way, the self-bias of the cathode electrode 12 can be freely controlled. The partition does not have to be in close contact with the upper and lower walls of the cathode electrode 12, and a space may be formed and each partitioned space may be in communication.
【0123】仕切られた各空間にはそれぞれにガス供給
口を設けることが望ましい。或いは、前記アノード電極
の周壁部に開口する位置にガス供給口を形成することも
でき、また、それら複数のガス供給口を組み合わせて複
数形成することもできる。前記カソード電極12の前記
ガス供給口からはキャリアガスのみを導入して、原料ガ
スは前記アノード電極のガス供給口、或いは別途、異な
る導入口を設けて前記プラズマ発生領域3の内部、成膜
処理領域4の内部、或いは前記プラズマ吹出口7の途中
へと導入することもできる。It is desirable to provide a gas supply port in each of the partitioned spaces. Alternatively, a gas supply port can be formed at a position that opens in the peripheral wall of the anode electrode, or a plurality of gas supply ports can be formed by combining the plurality of gas supply ports. Only a carrier gas is introduced from the gas supply port of the cathode electrode 12, and a raw material gas is provided in the plasma generation region 3 by providing a gas supply port of the anode electrode or a different introduction port separately. It can also be introduced into the region 4 or into the plasma outlet 7.
【0124】カソード電極12が空洞体である上述した
第5実施例では、図5に示すようにカソード電極12の
空洞内部のほぼ全域においてホローカソード放電が発生
している。しかしながら、前記カソード電極12の空洞
内部の高さ寸法や、貫通孔12dの形状、数、及び配
置、更には磁石の配置などによって、前記空洞内部の全
域にわたってホロー放電が発生しない場合もあり、前記
空洞内部の一部にのみホローカソード放電が発生し、或
いは前記空洞内部において不均一にホローカソード放電
が発生することもある。一般的傾向として、ホロー放電
を起こしている貫通孔近傍の中空部分では、空洞内部で
も他よりも明るいホロー放電が発生している。いずれの
貫通孔12bにおいてもホロー放電が発生せず、空洞内
部の少なくとも一部においてのみホロー放電が生じてい
ても処理速度、品質ともに向上する効果がある。In the above-described fifth embodiment in which the cathode electrode 12 is a hollow body, a hollow cathode discharge occurs in almost the entire area inside the hollow of the cathode electrode 12, as shown in FIG. However, depending on the height of the inside of the cavity of the cathode electrode 12, the shape, the number, and the arrangement of the through-holes 12d, the arrangement of the magnets, etc., the hollow discharge may not be generated over the entire area of the inside of the cavity. A hollow cathode discharge may occur only in a part of the cavity, or a non-uniform hollow cathode discharge may occur in the cavity. As a general tendency, in the hollow portion near the through-hole causing the hollow discharge, a hollow discharge brighter than the others is generated inside the cavity. Hollow discharge does not occur in any of the through holes 12b, and even if hollow discharge occurs only in at least a part of the inside of the cavity, there is an effect that both processing speed and quality are improved.
【0125】図6は、第6実施例による表面処理装置2
4の概略図である。同装置24は、カソード電極12′
の空洞内部にホローカソード放電が発生しないように、
同空洞内部の内壁面を絶縁体により構成している点で上
述した第5実施例と異なるが、その他の構成は上記第5
実施例の表面処理装置23と同一である。FIG. 6 shows a surface treatment apparatus 2 according to the sixth embodiment.
4 is a schematic view of FIG. The device 24 includes a cathode electrode 12 ′
So that hollow cathode discharge does not occur inside the cavity of
The fifth embodiment is different from the fifth embodiment in that the inner wall surface inside the cavity is made of an insulator, but other structures are the same as those of the fifth embodiment.
This is the same as the surface treatment device 23 of the embodiment.
【0126】ただし、前記カソード電極12′の下壁部
12a内面において一部電極を露出させてもよく、その
場合には前記プラズマ発生領域3において発生したプラ
ズマが貫通孔12bを通って空洞内部へと侵入し、その
露出した電極面を這うことができる。それにより、プラ
ズマが実質的に接触し得るカソード電極12′の表面積
を増大させることができ、自己バイアスの増大を図るこ
とができる。However, a part of the electrode may be exposed on the inner surface of the lower wall portion 12a of the cathode electrode 12 '. In this case, the plasma generated in the plasma generation region 3 passes through the through-hole 12b into the cavity. And can crawl on the exposed electrode surface. Thereby, the surface area of cathode electrode 12 'with which the plasma can substantially contact can be increased, and the self-bias can be increased.
【0127】また、前記カソード電極12′の空洞内部
にホローカソード放電を発生させないためには、上述の
ように内壁面を絶縁体で構成することの他にも、同空洞
内部の高さHを高くする方法が挙げられるが、この高さ
Hは、RFパワーやガス圧によっても変化するため、内
壁面を絶縁体で構成する方法がより確実である。In order to prevent the hollow cathode discharge from being generated inside the cavity of the cathode electrode 12 ', in addition to the above-mentioned configuration in which the inner wall surface is made of an insulator, the height H inside the same cavity is reduced. There is a method of increasing the height, but since the height H changes depending on the RF power and the gas pressure, a method of forming the inner wall surface with an insulator is more reliable.
【0128】このようにプラズマの発生場所を制御でき
ると共に、カソード電極12′のプラズマと接触する表
面積をも調節でき、自己バイアスをも制御できるため、
用途に応じた強さのプラズマを発生させることができ
る。As described above, the place where plasma is generated can be controlled, the surface area of the cathode electrode 12 'in contact with plasma can be adjusted, and the self-bias can be controlled.
It is possible to generate a plasma having a strength corresponding to the application.
【0129】なお、上述した空洞体であるカソード電極
12の変形例として、例えば図7(a)に示す空洞体で
あるカソード電極15のように、空洞内部に連通する複
数の貫通孔15bを有する下壁部15aと、上壁部15
cとの間を、一以上の貫通孔15dを有する一以上の仕
切り壁15eにより上下に複数段に仕切ることができ
る。また、このとき、図7(b)に示す空洞体であるカ
ソード電極15′のように、下壁部15aに形成された
複数の貫通孔13bと、仕切り壁15eに形成された複
数の貫通孔15dとが、上下方向に互いに重ならないよ
うにそれぞれの貫通孔15b,15dを形成することが
好ましい。As a modified example of the above-described cathode electrode 12 which is a hollow body, a plurality of through holes 15b communicating with the inside of the cavity are provided, for example, as in a cathode electrode 15 which is a hollow body shown in FIG. The lower wall 15a and the upper wall 15
c can be vertically divided into a plurality of stages by one or more partition walls 15e having one or more through holes 15d. At this time, a plurality of through-holes 13b formed in the lower wall portion 15a and a plurality of through-holes formed in the partition wall 15e like a cathode electrode 15 'which is a hollow body shown in FIG. It is preferable to form the respective through holes 15b and 15d so that the through holes 15b and 15d do not overlap each other in the vertical direction.
【0130】また、各貫通孔15b,15dの数を下壁
部15aと仕切り壁15eとの間で異ならせてもよい。
また、各貫通孔15b,15dの開口寸法も下壁部15
aと仕切り壁15eとで異ならせてもよく、更には、下
壁部15aの複数の貫通孔15bや、仕切り壁15eの
複数の貫通孔15dにおいても、全て均一の開口寸法と
する必要はなく、開口寸法を中心部分から外縁方向に漸
減又は漸増させるように変化させることもできる。Further, the number of the through holes 15b and 15d may be different between the lower wall 15a and the partition wall 15e.
In addition, the opening size of each through hole 15b, 15d also
a and the partition wall 15e may be different from each other. Further, it is not necessary that all of the plurality of through holes 15b of the lower wall portion 15a and the plurality of through holes 15d of the partition wall 15e have uniform opening dimensions. Alternatively, the opening size may be varied so as to gradually decrease or increase from the center portion toward the outer edge.
【0131】上述した空洞体であるカソード電極12の
更に他の変形例として、図7(c)に示す空洞体からな
るカソード電極16のように、複数の中空電極部材16
aを連結口16bにより上下に複数段に連結することも
できる。なお、図示された空間の任意の点がホロー放電
プラズマの発生域となり得る。As still another modification of the above-described hollow cathode electrode 12, a plurality of hollow electrode members 16 such as a hollow cathode electrode 16 shown in FIG.
a can be connected vertically in a plurality of stages by the connection port 16b. An arbitrary point in the illustrated space can be a generation region of the hollow discharge plasma.
【0132】なお、上述したいずれの実施例も表面処理
装置の上方にプラズマ発生領域3を、その下方に基板処
理領域4を設けているが、これら実施例とは逆に、下方
にプラズマ発生領域を配して、その上方に基板処理領域
を設け、プラズマを下方から上方へと流出させるタイプ
の装置とすることも可能である。更には、表面処理装置
のケーシング内に左右にプラズマ発生領域と基板処理領
域とを水平に配し、プラズマを横方向に流出させるタイ
プの装置とすることも可能である。いずれの場合にあっ
ても、基板はプラズマ吹出口に対向させてプラズマの流
出方向に直交して配することができ、或いは、基板をプ
ラズマの流出方向と平行に配することも可能である。ま
た、プラズマ発生手段も一対のプラズマ発生電極に限定
されるものではなく、例えば三極以上の電極を有する放
電、マイクロ波放電や容量結合型放電、誘導結合型放
電、PIG放電、電子線励起放電によるプラズマ発生手
段なども採用できる。In each of the above-described embodiments, the plasma generation region 3 is provided above the surface treatment apparatus, and the substrate processing region 4 is provided therebelow. In contrast to these embodiments, the plasma generation region 3 is provided below. It is also possible to provide a substrate processing region above, and to make the plasma flow out from below to above. Furthermore, it is also possible to arrange the plasma generation region and the substrate processing region horizontally on the left and right sides in the casing of the surface treatment device, and to make a device of a type in which the plasma flows out in the lateral direction. In any case, the substrate can be arranged to face the plasma outlet and orthogonal to the plasma outflow direction, or the substrate can be arranged in parallel to the plasma outflow direction. Further, the plasma generating means is not limited to a pair of plasma generating electrodes. For example, a discharge having three or more electrodes, a microwave discharge, a capacitively coupled discharge, an inductively coupled discharge, a PIG discharge, an electron beam excited discharge And a plasma generating means.
【0133】図8(a)及び図8(b)に示すように、
ホローカソード放電が発生するカソード電極10,12
のアノード電極側及び/又はその反対側の近傍に、他の
電極13を配することもできる。他の電極13はカソー
ド電極10に形成された凹部10a又は空洞体であるカ
ソード電極12に形成された貫通孔12bの開口幅Wよ
りも小さな開口幅をもつ小孔13aが多数形成されてい
る。或いは、前記他の電極13はメッシュ状であっても
よい。なお、ホローカソード放電が発生する貫通孔を有
するカソード電極の場合であっても、同様に、前記貫通
孔の開口幅Wよりも小さな小孔が多数形成された他の電
極を配することもできる。As shown in FIGS. 8A and 8B,
Cathode electrodes 10 and 12 where hollow cathode discharge occurs
Another electrode 13 may be arranged in the vicinity of the anode electrode side and / or the opposite side. The other electrode 13 has a large number of small holes 13a having an opening width smaller than the opening width W of the concave portion 10a formed in the cathode electrode 10 or the through hole 12b formed in the hollow cathode electrode 12. Alternatively, the other electrode 13 may be in a mesh shape. Note that, even in the case of a cathode electrode having a through hole in which hollow cathode discharge occurs, similarly, another electrode in which a large number of small holes smaller than the opening width W of the through hole can be provided. .
【0134】他の電極13はフローティング状態を含む
任意の電圧にバイアスされており、特に好ましくは、接
地されているアノード電極6の電圧とプラズマが有する
空間電位の最大値との間の電圧値に設定され、或いは、
ホローカソード放電が発生しているカソード電極10の
電圧とプラズマの有する空間電位の最大値との間の電圧
値に設定されている。The other electrode 13 is biased to an arbitrary voltage including a floating state, and particularly preferably, to a voltage value between the voltage of the grounded anode electrode 6 and the maximum value of the space potential of the plasma. Set or
It is set to a voltage value between the voltage of the cathode electrode 10 where the hollow cathode discharge is generated and the maximum value of the space potential of the plasma.
【0135】更に、前記他の電極13に形成されている
小孔13aを図8に示すように、カソード電極10,1
2の凹部10a又は貫通孔12bに対応する位置に形成
すれば、電子が更にホローカソード放電域に閉じ込めら
れて、いっそう大電流の放電である超高密度ホローカソ
ード放電が可能になる。Further, as shown in FIG. 8, the small holes 13a formed in the other electrode 13 are formed in the cathode electrodes 10, 1.
If the holes are formed at positions corresponding to the two concave portions 10a or the through holes 12b, electrons are further confined in the hollow cathode discharge region, and an ultra-high-density hollow cathode discharge, which is a larger current discharge, becomes possible.
【0136】或いは、図9(a)及び9(b)に示すよ
うに、カソード電極10″に形成された凹部10a″
や、カソード電極12″に形成された貫通孔12b″に
おいて、開口部分の面積が前記凹部10a″や貫通孔1
2b″の他の部分の断面積よりも十分小さく形成するこ
とにより、電子をホローカソード放電域である前記凹部
10a″や前記貫通孔12b″内または中空部に効率よ
くに閉じ込めることができる。なお、同図では前記凹部
10a″や貫通孔12b″はその上半部が円柱状で下半
部が半球状であるが、円錐状や角錐状、更には紡錘形状
としてもよい。Alternatively, as shown in FIGS. 9A and 9B, a concave portion 10a ″ formed in the cathode electrode 10 ″.
Also, in the through hole 12b "formed in the cathode electrode 12", the area of the opening is smaller than that of the recess 10a "or the through hole 1b.
By forming the cross-sectional area to be sufficiently smaller than the cross-sectional area of the other portion of 2b ", electrons can be efficiently confined in the hollow portion 10a" or the through-hole 12b "which is a hollow cathode discharge region or in the hollow portion. In the figure, the concave portion 10a "and the through hole 12b" have a cylindrical shape in the upper half and a hemispherical shape in the lower half, but may have a conical shape, a pyramid shape, or a spindle shape.
【0137】図10は本発明の第7実施例である表面処
理装置25の概略図である。同装置25は、カソード電
極5と対向して平行に配されたアノード電極として機能
するプレート部材14が空洞体である点で上述した第1
実施例と異なるが、その他の構成は上記第1実施例の表
面処理装置1と略同一である。FIG. 10 is a schematic view of a surface treatment apparatus 25 according to a seventh embodiment of the present invention. The device 25 is the first device described above in that the plate member 14 functioning as an anode electrode disposed in parallel to the cathode electrode 5 is a hollow body.
Although different from the embodiment, other configurations are substantially the same as the surface treatment apparatus 1 of the first embodiment.
【0138】前記アノード電極14はその中心に、上壁
部14aと下壁部14bとを一直線上に貫通する単一の
プラズマ吹出口7が形成されている。更に、本実施例に
あっては、前記アノード電極14の空洞内部をホローア
ノード放電の発生域とし得るよう、前記空洞内部の前記
プラズマ吹出口7の形成方向に沿った対面距離、即ち図
では上下壁部14a,14b間の高さHを、H≦5L
(e) 又はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定し
ている。但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下にお
いて、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中
性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原
子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程で
あり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生する
シース層の厚みである。前記空洞内部の高さHは、X/
20≦Hの範囲に設定することが好ましく、更には、X
/5≦Hの範囲に設定することが好ましい。At the center of the anode electrode 14, a single plasma outlet 7 penetrating the upper wall portion 14a and the lower wall portion 14b in a straight line is formed. Furthermore, in the present embodiment, the facing distance along the forming direction of the plasma outlet 7 inside the cavity, that is, the vertical distance in the figure, so that the inside of the cavity of the anode electrode 14 can be used as a hollow anode discharge generation area. The height H between the wall portions 14a, 14b is H ≦ 5L.
(e) or a range satisfying either H ≦ 20X. However, L (e) is the atom having the smallest diameter or the molecular species (active species) among the raw gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. X) is the thickness of the sheath layer generated under the desired plasma generation conditions. The height H inside the cavity is X /
It is preferable to set the range of 20 ≦ H.
It is preferable to set the range of / 5 ≦ H.
【0139】本実施例においては、プラズマ吹出口7に
おけるホローアノード放電に加え、更に、アノード電極
14の空洞内部においてホローアノード放電が発生し、
前記アノード電極14の空洞内部においても新たなプラ
ズマが発生している。そのため、基板Sへと到達するプ
ロセスプラズマの密度が更に高まり、成膜処理に寄与す
る活性種が増加するため、表面処理速度が向上すると共
に、その処理品質も更に向上する。もちろん、いずれか
一方においてのみ、ホロー放電を発生する場合であって
も、従来よりも処理速度、品質ともに向上する。In this embodiment, in addition to the hollow anode discharge at the plasma outlet 7, a hollow anode discharge is generated inside the cavity of the anode electrode 14.
New plasma is also generated inside the cavity of the anode electrode 14. Therefore, the density of the process plasma reaching the substrate S further increases, and the number of active species contributing to the film forming process increases, so that the surface processing speed is improved and the processing quality is further improved. Needless to say, even when hollow discharge is generated only in one of them, the processing speed and quality are improved as compared with the related art.
【0140】なお、図示例では前記アノード電極14の
空洞内部の高さHを一定にしているが、前記高さHは一
定でなくてもよい。ホローアノード放電を空洞内部の略
全域にわたって均一に発生させるために、印加電力の周
波数に応じて、或いは、その他の条件によって、中心付
近での空洞内部の高さHを小さくし外縁方向にその高さ
Hを漸増させ、或いは、中心付近で高さHを大きくし外
縁方向にその高さHを漸減させることが好ましい。In the illustrated example, the height H inside the cavity of the anode electrode 14 is constant, but the height H may not be constant. In order to generate a hollow anode discharge uniformly over substantially the entire area inside the cavity, the height H inside the cavity near the center is reduced according to the frequency of the applied power or other conditions, and the height H is increased in the outer edge direction. It is preferable to gradually increase the height H, or increase the height H near the center and gradually decrease the height H in the outer edge direction.
【0141】或いは、前記アノード電極14は空洞内部
全体においてホローアノード放電を発生させる必要は無
く、少なくとも一部においてホローアノード放電を発生
させることができれば、表面処理の品質及び処理速度の
向上が認められる。Alternatively, it is not necessary for the anode electrode 14 to generate a hollow anode discharge in the entire interior of the cavity. If at least a part of the anode electrode 14 can generate a hollow anode discharge, the quality of the surface treatment and the processing speed can be improved. .
【0142】図11は上述した空洞体であるアノード電
極14の変形例である。上述したアノード電極14は中
心に単一のプラズマ吹出口7を貫通して形成していた
が、図11に示すアノード電極14′のように、上壁部
14aと下壁部14bとにそれぞれ空洞内部に連通す
る、プラズマ吹出口としての複数の貫通孔14cを形成
することも可能である。なおこの場合、上壁部14aの
貫通孔14cと下壁部14bの貫通孔14cとは上下に
一直線上に並ばないように互いにずらして形成すること
が好ましい。更に、貫通孔14cを図17〜図20の配
列で形成することが好ましい。FIG. 11 shows a modified example of the anode electrode 14 which is the above-mentioned hollow body. Although the above-described anode electrode 14 is formed through the single plasma outlet 7 at the center, as shown in an anode electrode 14 ′ shown in FIG. 11, a cavity is formed in each of the upper wall portion 14 a and the lower wall portion 14 b. It is also possible to form a plurality of through holes 14c as plasma outlets communicating with the inside. In this case, it is preferable that the through-holes 14c of the upper wall portion 14a and the through-holes 14c of the lower wall portion 14b are formed so as to be shifted from each other so as not to be vertically aligned. Further, it is preferable to form the through holes 14c in the arrangement shown in FIGS.
【0143】また、複数の前記貫通孔14cは開口幅W
が全て同一でなくてもよく、複数の前記貫通孔14cに
おいて均一にホローアノード放電を発生させるために、
適宜、異なる開口幅Wに設定することができる。特に、
印加電力の周波数に応じて、或いは、その他の条件によ
って、中心付近の貫通孔14cは開口幅Wを小さくし外
縁方向にその開口幅Wを漸増させ、或いは、中心付近で
開口幅Wを大きくし外縁方向にその開口幅Wを漸減させ
ることが好ましい。The plurality of through holes 14c have an opening width W.
May not be all the same, and in order to uniformly generate a hollow anode discharge in the plurality of through holes 14c,
A different opening width W can be appropriately set. In particular,
Depending on the frequency of the applied power or depending on other conditions, the through hole 14c near the center decreases the opening width W and gradually increases the opening width W in the outer edge direction, or increases the opening width W near the center. It is preferable to gradually decrease the opening width W in the outer edge direction.
【0144】また、前記貫通孔14cの長さT、すなわ
ち本実施例の場合には前記下壁部14aの厚みTは概ね
X/50を下限とする。上限は装置寸法上の制約によっ
て決定される。この貫通孔14cの長さTは上述したガ
ス圧及び直径の場合には、0.1〜70mmが好まし
い。The lower limit of the length T of the through hole 14c, that is, the thickness T of the lower wall portion 14a in this embodiment is approximately X / 50. The upper limit is determined by restrictions on the size of the device. The length T of the through hole 14c is preferably 0.1 to 70 mm in the case of the gas pressure and the diameter described above.
【0145】なお、本実施例にあっては前記貫通孔14
cは円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角形、
不定形状など任意の形状とすることができる。断面積も
一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させても
よい。更には、前記貫通孔14cを断面が矩形状のスリ
ット構造としたり、或いは図21に示すような渦巻き形
状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構造と
することもできる。このようなスリット構造とする場合
には、その貫通孔14cの開口幅Wとはスリット幅であ
り、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。また、
前記貫通孔14cの内壁面に部分的な凹凸を形成しても
よい。複数の前記貫通孔14cは、互いに同一寸法及び
同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態をもつ
貫通孔14cを複数形成してもよい。In this embodiment, the through holes 14 are used.
c is a circular cross section, but also elliptical, rectangular, polygonal,
Any shape such as an irregular shape can be used. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Further, the through hole 14c may have a slit structure having a rectangular cross section, or a slit structure having a one-dimensional spread such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a slit structure, the opening width W of the through hole 14c is a slit width, and this slit width is set within the above-described range. Also,
Partial unevenness may be formed on the inner wall surface of the through hole 14c. The plurality of through-holes 14c do not need to have the same dimensions and the same form, and a plurality of through-holes 14c having different dimensions and forms may be formed.
【0146】前記アノード電極14′には、前記貫通孔
14cの内壁面や空洞内部に開口するガス供給口8′を
形成することができる。例えば成膜処理の場合には、前
記プラズマ発生領域3へはキャリアガスのみを導入し、
前記アノード電極14′のガス供給口8′からはモノシ
ラン等の原料ガスを導入することにより、同原料ガスの
不要な空間での分解を防止し、原料ガスを効率よく成膜
処理に寄与させることができる。なお、複数の貫通孔1
4cの全てにガス供給口8′を設けることもでき、或い
は一部の貫通孔14cにのみガス供給口8′を設けるこ
ともできる。更に、空洞内部の内壁面には複数のガス供
給口8′を開口させることもできる。The anode electrode 14 'may be provided with a gas supply port 8' which opens into the inner wall surface of the through hole 14c or the inside of the cavity. For example, in the case of a film forming process, only a carrier gas is introduced into the plasma generation region 3,
By introducing a raw material gas such as monosilane from the gas supply port 8 'of the anode electrode 14', decomposition of the raw material gas in an unnecessary space is prevented, and the raw material gas is efficiently contributed to a film forming process. Can be. The plurality of through holes 1
The gas supply ports 8 'can be provided in all of the holes 4c, or the gas supply ports 8' can be provided only in some of the through holes 14c. Further, a plurality of gas supply ports 8 'can be opened on the inner wall surface inside the cavity.
【0147】更に、アノード電極14′における空洞内
部及び貫通孔14cでのホローアノード放電により生じ
るプラズマ密度を大きくする変形例を、図12及び図1
3に示す。先ず、前記貫通孔14cにおいてホローアノ
ード放電を効率良く発生させる観点からは、前記貫通孔
14cの長さTは大きいほうが有利であり、より強いプ
ラズマを発生させることができる。しかしながら、前記
アノード電極の上下壁部14a,14bの厚みは、材料
コストの観点からも空洞内部に導入されるガス圧及び印
加電力に耐え得る最小の厚みにすることが望ましい。Further, FIGS. 12 and 1 show a modification in which the plasma density generated by the hollow anode discharge in the cavity inside the anode electrode 14 'and the through hole 14c is increased.
3 is shown. First, from the viewpoint of efficiently generating a hollow anode discharge in the through-hole 14c, it is advantageous that the length T of the through-hole 14c is larger, so that stronger plasma can be generated. However, the thickness of the upper and lower wall portions 14a and 14b of the anode electrode is desirably the minimum thickness that can withstand the gas pressure and applied power introduced into the cavity from the viewpoint of material cost.
【0148】そのため、前記貫通孔14cの長さTを長
くするためには、下壁部14bの貫通孔14cの周縁に
ノズル体17を取り付けることが望ましい。なお、この
ノズル体17は前記貫通孔14cから基板処理領域4側
へ突設してもよく、或いは空洞体14aの内部へ突設す
ることもできる。更には両側へ突設してもよい。また、
同ノズル体17を図12に示すように磁石11によって
構成することもできる。このとき、磁石11は直接プラ
ズマに晒されないように配することが好ましい。Therefore, in order to increase the length T of the through hole 14c, it is desirable to attach the nozzle body 17 to the periphery of the through hole 14c of the lower wall portion 14b. The nozzle body 17 may project from the through-hole 14c toward the substrate processing region 4, or may project from the hollow body 14a. Further, it may be provided on both sides. Also,
The nozzle body 17 may be constituted by the magnet 11 as shown in FIG. At this time, it is preferable that the magnet 11 is arranged so as not to be directly exposed to the plasma.
【0149】なお、図12に示すノズル体17はいずれ
も、その中心線を貫通孔14cの線と一致させて配して
いるが、前記ノズル体17の中心線を前記貫通孔14c
の軸線に対して角度をもって配する、即ち、ノズル体1
7を斜めに配することもできる。また、図12に示すノ
ズル体17は断面積が一定の筒体であるが、かかる形状
に限定されるものではなく、その断面積を漸増又は漸減
させる形状をもつ筒体であってもよい。更にはチューブ
状のノズル体をらせん状に配することもできる。The center line of each of the nozzle bodies 17 shown in FIG. 12 is aligned with the line of the through hole 14c, but the center line of the nozzle body 17 is aligned with the through hole 14c.
Are arranged at an angle with respect to the axis of
7 can be arranged diagonally. Further, the nozzle body 17 shown in FIG. 12 is a cylindrical body having a constant cross-sectional area, but is not limited to such a shape, and may be a cylindrical body having a shape that gradually increases or decreases its cross-sectional area. Further, the tube-shaped nozzle body may be spirally arranged.
【0150】更に、プラズマが接触するアノード電極1
4′の表面積を増大させるために、前記アノード電極1
4′の空洞内部に、上下方向に延びる隔壁や水平方向に
延びる隔壁を設けて、内部を複数室に分割することもで
きる。なお、内部の分割された各室に形成されている貫
通孔14cは全て同一であってもよく、或いは異ならせ
ることもできる。また、上下方向に延びる前記隔壁は、
前記上下壁部14a,14bとの間に隙間が形成され、
各室が連通していてもよい。Further, the anode electrode 1 with which the plasma contacts
In order to increase the surface area of the anode electrode 4 '
A partition extending in the vertical direction or a partition extending in the horizontal direction may be provided inside the cavity 4 'to divide the interior into a plurality of chambers. The through holes 14c formed in each of the divided inner chambers may be the same or different. Further, the partition extending in the vertical direction,
A gap is formed between the upper and lower walls 14a, 14b,
Each room may communicate.
【0151】また、前記アノード電極14′には、図1
3に示すように、プラズマ吹出口である前記貫通孔14
cや空洞内部に磁場を付与するように磁石11を各貫通
孔14cの内周面、前記上下壁部14a,14b、或い
は周壁部に埋設したり、それらの近傍に配することがで
きる。前記磁石11は、その磁力線の方向が貫通孔14
cの軸線方向と平行になるように磁場が印加されるよ
う、或いは磁力線の方向が前記上下壁部14a,14b
と平行になるように磁場が印加されるよう、配されてい
ることが好ましい。In addition, the anode electrode 14 'is
As shown in FIG.
The magnet 11 can be buried in the inner peripheral surface of each through hole 14c, the upper and lower wall portions 14a, 14b, or the peripheral wall portion, or can be disposed near the inner peripheral surface of each through hole 14c so as to apply a magnetic field to c or the inside of the cavity. The direction of the line of magnetic force of the magnet 11 is
The magnetic field is applied so as to be parallel to the axis direction of the vertical axis c, or the directions of the lines of magnetic force are adjusted to the upper and lower wall portions 14a, 14b.
It is preferable that the magnetic field is applied so that the magnetic field is applied so as to be parallel.
【0152】このように貫通孔14cや空洞内部に磁場
を形成することにより、そこに発生しているプラズマ内
の電子の軌道を前記磁場により調整し、前記貫通孔14
cや空洞内部に電子を長く留まらせることができる。こ
の電子の軌道調整により、電子のエネルギー(電子温
度)を高めることなく、原料ガスへの電子の作用時間を
長くできるため、活性種の生成が促進され、成膜速度が
向上する。この図12及び図13に示す構造は、図2〜
図9に示すカソード電極10,10′,10″,12,
12′,12″,15,15′,16において適用して
も同様の効果が得られる。By forming a magnetic field inside the through hole 14c and the cavity as described above, the trajectory of electrons in the plasma generated there is adjusted by the magnetic field, and
Electrons can stay for a long time in c and the inside of the cavity. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be increased without increasing the energy (electron temperature) of the electrons, so that the generation of active species is promoted and the film forming speed is improved. The structure shown in FIG. 12 and FIG.
The cathode electrodes 10, 10 ', 10 ", 12, and 12 shown in FIG.
Similar effects can be obtained by applying the present invention to 12 ', 12 ", 15, 15', and 16.
【0153】なお、上述したアノード電極であるプレー
ト部材14が空洞体である本第7実施例の表面処理装置
25において、カソード電極5を上述した第2〜第6実
施例に示すようなホローカソード放電域を有するカソー
ド電極10,12に変更することも勿論、可能である。
その場合には、それぞれ上述した各実施例での作用効果
を兼ね備えており、ホローアノード放電やホローカソー
ド放電によって、プロセスプラズマの密度が高まり、各
種処理速度が著しく向上する。In the surface treatment apparatus 25 of the seventh embodiment in which the plate member 14 serving as the anode electrode is a hollow body, the cathode electrode 5 is replaced with the hollow cathode as shown in the second to sixth embodiments. Of course, it is also possible to change to the cathode electrodes 10 and 12 having a discharge region.
In this case, each of the embodiments has the same effects as those of the above-described embodiments, and the hollow anode discharge and the hollow cathode discharge increase the density of the process plasma, thereby significantly improving various processing speeds.
【0154】図14は本発明の第8実施例である表面処
理装置26の概略図である。同表面処理装置40は、空
洞体からなり、アノード電極でもあるプレート部材18
の内部が基板処理領域4′を構成している。空洞体から
なるアノード電極18は上壁部18aの中心に貫通孔1
8bが形成されており、この貫通孔18bがプラズマ吹
出口を構成している。また、同アノード電極18の下壁
部18cの内面中央部分が基板支持台を構成すると共
に、同下壁部18cの周縁部分には複数の排気口18d
が形成されている。また、同下壁部18cの中央部分に
は基板の加熱手段を内装させることもできる。なお、ア
ノード電極18内の基板の支持位置や排気口18dの形
成位置は上述のものに限定されるものではなく、任意の
位置を選択できる。FIG. 14 is a schematic view of a surface treatment apparatus 26 according to an eighth embodiment of the present invention. The surface treatment apparatus 40 includes a plate member 18 formed of a hollow body and also serving as an anode electrode.
Constitute a substrate processing region 4 '. An anode electrode 18 formed of a hollow body has a through hole 1 at the center of the upper wall portion 18a.
8b is formed, and the through hole 18b forms a plasma outlet. A central portion of the inner surface of the lower wall portion 18c of the anode electrode 18 forms a substrate support, and a plurality of exhaust ports 18d are provided at a peripheral portion of the lower wall portion 18c.
Are formed. Further, a heating means for the substrate can be provided in the center of the lower wall portion 18c. The position for supporting the substrate in the anode electrode 18 and the position for forming the exhaust port 18d are not limited to those described above, and any position can be selected.
【0155】本実施例にあっては、前記アノード電極1
8の貫通孔18bをホローアノード放電の発生域とし得
るよう、前記貫通孔18bの開口幅Wを、W≦5L(e)
又はW≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定してい
る。更に前記開口幅Wは、X/20≦Wの範囲に設定す
ることが好ましく、X/5≦Wの範囲に設定することが
より好ましい。また、本施例にあっては、前記アノード
電極18の空洞内部をもホローアノード放電の発生域と
し得るよう、前記空洞内部の高さHを、H≦5L(e) 又
はH≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定してい
る。前記空洞内部の高さHも、X/20≦Hの範囲に設
定することが好ましく、更には、X/5≦Hの範囲に設
定することが好ましい。In this embodiment, the anode 1
The width W of the through-hole 18b is set to W ≦ 5L (e) so that the through-hole 18b of FIG.
Alternatively, it is set in a range that satisfies either W ≦ 20X. Further, the opening width W is preferably set in a range of X / 20 ≦ W, and more preferably set in a range of X / 5 ≦ W. In the present embodiment, the height H inside the cavity is set to any one of H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X so that the inside of the cavity of the anode electrode 18 can also be used as a region for generating hollow anode discharge. Is set in a range that satisfies The height H inside the cavity is preferably set in the range of X / 20 ≦ H, and more preferably in the range of X / 5 ≦ H.
【0156】但し、L(e) は所望のプラズマ発生条件下
において、原料ガス種及びそこから分解発生する電気的
に中性の原子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さ
な原子又は分子種(活性種)に対する電子の平均自由行
程であり、Xは所望のプラズマ発生条件下において発生
するシース層の厚みである。Here, L (e) is an atom or molecule having the smallest diameter among the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom under the desired plasma generation conditions. It is the mean free path of electrons with respect to the species (active species), and X is the thickness of the sheath layer generated under desired plasma generation conditions.
【0157】同基板処理装置26では、基板処理領域
4′をアノード電極18の空洞内部に形成し、このアノ
ード電極18の空洞内部にはホローアノード放電を発生
させているため、基板Sの処理に寄与するプラズマの密
度が極めて高まり、処理速度も著しく向上する。但し、
この基板処理装置26では、プラズマによる基板Sへの
イオンダメージが大きいため成膜処理にはどちらかとい
えば不適であり、同装置26はエッチング、アッシング
又はイオンドーピングの処理により適している。In the substrate processing apparatus 26, the substrate processing region 4 'is formed inside the cavity of the anode electrode 18, and a hollow anode discharge is generated inside the cavity of the anode electrode 18, so that the substrate S is processed. The density of the contributing plasma is extremely increased, and the processing speed is significantly improved. However,
This substrate processing apparatus 26 is rather unsuitable for a film forming process because the ion damage to the substrate S by the plasma is large, and the apparatus 26 is more suitable for etching, ashing, or ion doping.
【0158】図15及び図16は基板処理領域4′を構
成する空洞体からなるプレート部材(アノード電極)の
変形例である。図15に示すアノード電極18′は上壁
部18aにプラズマ吹出口を構成する複数の貫通孔18
bが形成されている点で上述のアノード電極18とは異
なる。なお、前記貫通孔18bは図17〜図20に示す
ような配置で形成することが好ましい。FIGS. 15 and 16 show a modification of the plate member (anode electrode) comprising a hollow body constituting the substrate processing region 4 '. An anode electrode 18 'shown in FIG. 15 has a plurality of through holes 18 forming a plasma outlet in an upper wall portion 18a.
This is different from the above-mentioned anode electrode 18 in that b is formed. The through holes 18b are preferably formed in an arrangement as shown in FIGS.
【0159】この複数の貫通孔18bは、本実施例にあ
っては円形断面であるが、他にも楕円形、矩形、多角
形、不定形状など任意の形状とすることができる。断面
積も一定でなくてもよく、軸線方向に断面積を変化させ
てもよい。更には、前記貫通孔18bを断面が矩形状の
スリット構造としたり、或いは図21に示すような渦巻
き形状、蛇行状などの一次元的広がりをもつスリット構
造とすることもできる。このようなスリット構造とする
場合には、その貫通孔18bの開口幅Wとはスリット幅
であり、このスリット幅を上述の範囲内で設定する。ま
た、前記貫通孔18bの内壁面に部分的な凹凸を形成し
てもよい。複数の前記貫通孔18bは、互いに同一寸法
及び同一形態とする必要は無く、異なる寸法及び形態を
もつ貫通孔18dを複数形成してもよい。The plurality of through holes 18b have a circular cross section in this embodiment, but may have any other shape such as an elliptical shape, a rectangular shape, a polygonal shape, and an irregular shape. The cross-sectional area may not be constant, and the cross-sectional area may be changed in the axial direction. Further, the through hole 18b may have a slit structure having a rectangular cross section, or a slit structure having a one-dimensional spread such as a spiral shape or a meandering shape as shown in FIG. In the case of such a slit structure, the opening width W of the through hole 18b is a slit width, and this slit width is set within the above-described range. Further, a partial unevenness may be formed on the inner wall surface of the through hole 18b. The plurality of through holes 18b do not need to have the same size and the same form as each other, and a plurality of through holes 18d having different sizes and forms may be formed.
【0160】また、図16に示すアノード電極18″
は、プラズマ吹出口である前記貫通孔18bや排気口1
8d、空洞内部に磁場を付与するように磁石11を各貫
通孔18bや排気口18dの内周面、前記空洞内部の上
下壁部18a,18c、或いは周壁部に埋設したり、そ
れらの近傍に配することができる。前記磁石11は、そ
の磁力線の方向が貫通孔18bや排気口18dの軸線方
向と平行になるように磁場が印加されるよう、或いは磁
力線の方向が前記上下壁部18a,18dと平行になる
ように磁場が印加されるよう、配されていることが好ま
しい。なお、同図16は磁石の配置の多様な具体例を一
図に示しているものであり、磁石の配置は一部のみであ
ってもよい。The anode 18 ″ shown in FIG.
Are the plasma outlet, the through hole 18b and the exhaust port 1
8d, the magnet 11 is buried in the inner peripheral surface of each through hole 18b and the exhaust port 18d, the upper and lower wall portions 18a, 18c, or the peripheral wall portion inside the cavity so as to apply a magnetic field to the inside of the cavity, or in the vicinity thereof. Can be arranged. The magnet 11 is applied with a magnetic field such that the direction of the line of magnetic force is parallel to the axial direction of the through hole 18b or the exhaust port 18d, or the direction of the line of magnetic force is parallel to the upper and lower wall portions 18a and 18d. It is preferable that the magnetic field is applied to the magnetic field. FIG. 16 shows various specific examples of the arrangement of the magnets in one figure, and the arrangement of the magnets may be only a part.
【0161】このようにプラズマ吹出口である貫通孔1
8bや空洞内部に磁場を形成することにより、そこに発
生しているプラズマ内の電子の軌道を前記磁場により調
整し、前記貫通孔18bや空洞内部に電子を長く留まら
せることができる。この電子の軌道調整により、電子の
エネルギー(電子温度)を高めることなく、原料ガスへ
の電子の作用時間を長くできるため、活性種の生成が促
進され、成膜速度が向上する。電極18においても仕切
り板や図12に示すノズル体などの上述した構成を取り
得る。As described above, the through hole 1 serving as the plasma outlet is
By forming a magnetic field in the inside of the cavity 8b or the cavity, the trajectory of the electrons in the plasma generated therein can be adjusted by the magnetic field, and the electrons can stay in the through hole 18b or the inside of the cavity for a long time. By adjusting the electron trajectory, the action time of the electrons on the source gas can be increased without increasing the energy (electron temperature) of the electrons, so that the generation of active species is promoted and the film forming speed is improved. The electrode 18 can also have the above-described configuration such as a partition plate and a nozzle body shown in FIG.
【0162】以上説明した本発明の各種実施例及び変形
例では、プラズマ発生電極には高周波電源Pにより高周
波電力を投入しているが、直流電源により直流電圧を印
加することもできる。或いは、それぞれ直流や交流の電
源又はパルス電源によってバイアスを印加してもよい。
また、表面処理領域4に配された基板Sとプラズマ吹出
口7との間にメッシュ状の電極を設置してトライオード
型に構成し、また様々なバイアスを印加することも可能
である。更には、ノズル体或いは貫通孔部にのみ直流、
交流又はパルス電源によりバイアスを印加してもよい。
この場合には、ノズル体或いは貫通孔部のみが電極の他
の部分に対して電気的に絶縁される。In the various embodiments and modifications of the present invention described above, high-frequency power is supplied to the plasma generating electrode by the high-frequency power supply P. However, a DC voltage may be applied by a DC power supply. Alternatively, the bias may be applied by a DC or AC power supply or a pulse power supply, respectively.
It is also possible to arrange a mesh electrode between the substrate S arranged in the surface treatment region 4 and the plasma outlet 7 to form a triode type, and to apply various biases. Furthermore, direct current is applied only to the nozzle or through-hole.
A bias may be applied by an AC or pulse power supply.
In this case, only the nozzle body or the through-hole portion is electrically insulated from other portions of the electrode.
【図1】本発明の第1実施例である表面処理装置の概略
図である。FIG. 1 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a first embodiment of the present invention.
【図2】本発明の第2実施例である表面処理装置の概略
図である。FIG. 2 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図3】本発明の第3実施例である表面処理装置の概略
図である。FIG. 3 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a third embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第4実施例である表面処理装置の概略
図である。FIG. 4 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
【図5】本発明の第5実施例である表面処理装置の概略
図である。FIG. 5 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の第6実施例である表面処理装置の概略
図である。FIG. 6 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
【図7】空洞状のカソード電極の他の態様を示す概略図
である。FIG. 7 is a schematic view showing another embodiment of a hollow cathode electrode.
【図8】本発明の他の実施例による表面処理装置におけ
るカソード電極部分の概略図である。FIG. 8 is a schematic view of a cathode electrode part in a surface treatment apparatus according to another embodiment of the present invention.
【図9】本発明の更に他の実施例による表面処理装置に
おけるカソード電極部分の概略図である。FIG. 9 is a schematic view of a cathode electrode part in a surface treatment apparatus according to still another embodiment of the present invention.
【図10】本発明の第7実施例である表面処理装置の概
略図である。FIG. 10 is a schematic diagram of a surface treatment apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
【図11】上記第7実施例におけるアノード電極の変形
例を示す概略図である。FIG. 11 is a schematic view showing a modified example of the anode electrode in the seventh embodiment.
【図12】上記第7実施例におけるアノード電極の他の
変形例を示す概略図である。FIG. 12 is a schematic view showing another modification of the anode electrode in the seventh embodiment.
【図13】上記第7実施例におけるアノード電極の更に
他の変形例を示す概略図である。FIG. 13 is a schematic diagram showing still another modified example of the anode electrode in the seventh embodiment.
【図14】本発明の第8実施例である表面処理装置の概
略図である。FIG. 14 is a schematic view of a surface treatment apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
【図15】上記第8実施例におけるアノード電極の変形
例を示す概略図である。FIG. 15 is a schematic view showing a modified example of the anode electrode in the eighth embodiment.
【図16】上記第8実施例におけるアノード電極の他の
変形例を示す概略図である。FIG. 16 is a schematic view showing another modification of the anode electrode in the eighth embodiment.
【図17】多数の貫通孔又は凹部の配置例を示す図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing an example of arrangement of a large number of through holes or concave portions.
【図18】多数の貫通孔又は凹部の他の配置例を示す図
である。FIG. 18 is a diagram showing another example of the arrangement of a large number of through holes or concave portions.
【図19】多数の貫通孔又は凹部の更に他の配置例を示
す図である。FIG. 19 is a diagram showing still another arrangement example of a large number of through holes or concave portions.
【図20】多数の貫通孔又は凹部の更に他の配置例を示
す図である。FIG. 20 is a view showing still another arrangement example of a large number of through holes or concave portions.
【図21】渦巻き状の貫通孔又は凹部の説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of a spiral through hole or a concave portion.
1,20〜26 表面処理装置 2 ケーシング 2a 上壁 3 プラズマ発生領域 4 基板処理領域 5 カソード電極 6 プレート部材(アノード電
極) 7 プラズマ吹出口 8 ガス供給口 9 基板支持台 10 カソード電極 10a 凹部 11 磁石 12 カソード電極 12a 下壁部 12b 貫通孔 12c 上壁部 12d ガス供給口 13 他の電極 13a 小孔 14 アノード電極 14a 上壁部 14b 下壁部 14c 貫通孔 15 カソード電極 15a 下壁部 15b 貫通孔 15c 上壁部 15d 貫通孔 15e 仕切り壁 16 カソード電極 16a 中空電極部材 16b 連結口 17 ノズル体 18 アノード電極 18a 上壁部 18b 貫通孔 18c 下壁部 18d 排気口 S 基板 P 高周波電源1, 20 to 26 Surface treatment device 2 Casing 2a Upper wall 3 Plasma generation area 4 Substrate processing area 5 Cathode electrode 6 Plate member (anode electrode) 7 Plasma outlet 8 Gas supply port 9 Substrate support 10 Cathode electrode 10a Recess 11 Magnet Reference Signs List 12 cathode electrode 12a lower wall 12b through hole 12c upper wall 12d gas supply port 13 other electrode 13a small hole 14 anode electrode 14a upper wall 14b lower wall 14c through hole 15 cathode electrode 15a lower wall 15b through hole 15c Upper wall portion 15d Through hole 15e Partition wall 16 Cathode electrode 16a Hollow electrode member 16b Connection port 17 Nozzle body 18 Anode electrode 18a Upper wall portion 18b Through hole 18c Lower wall portion 18d Exhaust port S Substrate P High frequency power supply
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石田 晃一 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 (72)発明者 水上 裕之 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 (72)発明者 豊嶋 康真 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 (72)発明者 藤本 慎一 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究本部内 Fターム(参考) 4K030 EA06 FA03 KA17 KA18 KA34 5F004 AA16 BA06 BB13 CA03 5F045 AA08 BB09 EB02 EH04 EH05 EH06 EH13 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Koichi Ishida 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Inside the Komatsu Seisakusho Research Headquarters (72) Inventor Hiroyuki Mizukami 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Pref. (72) Inventor Yasuma Toyoshima 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Inside Komatsu Seisakusho R & D Headquarters (72) Inventor Shinichi Fujimoto 1200 Manda, Hiratsuka-shi, Kanagawa Prefecture Komatsu Seisakusho Research Headquarters F-term (reference) 4K030 EA06 FA03 KA17 KA18 KA34 5F004 AA16 BA06 BB13 CA03 5F045 AA08 BB09 EB02 EH04 EH05 EH06 EH13
Claims (11)
び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発
生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ
化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズ
マ処理する表面処理装置であって、 前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記
基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一以上のプ
ラズマ吹出口を有するプレート部材が介装されており、 少なくとも一の前記プレート部材は一以上のホロー放電
発生域を有してなることを特徴とする表面処理装置。A plasma is generated by said plasma generating means into a source gas in a casing provided with a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support, and is placed on said substrate support. A surface processing apparatus for performing a plasma processing on a substrate surface, comprising: a plate member having one or more plasma outlets between a plasma generation region including the plasma generation unit and a substrate processing region including the substrate support. Wherein at least one of the plate members has one or more hollow discharge generation areas.
び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発
生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ
化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズ
マ処理する表面処理装置であって、 前記プラズマ発生手段を備えたプラズマ発生領域と前記
基板支持台を備えた基板処理領域との間に、一以上のプ
ラズマ吹出口を有するプレート部材が介装されており、 前記プラズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を
有するホロープラズマ発生電極が配されてなることを特
徴とする表面処理装置。2. A method according to claim 1, further comprising: generating a plasma by said plasma generating means into a raw material gas in a casing provided with a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support, and placing the raw material gas on the substrate support. A surface processing apparatus for performing a plasma processing on a substrate surface, comprising: a plate member having one or more plasma outlets between a plasma generation region including the plasma generation unit and a substrate processing region including the substrate support. And a hollow plasma generating electrode having one or more hollow discharge generating areas is disposed in the plasma generating area.
び基板支持台を備えたケーシング内に、前記プラズマ発
生手段によりプラズマを発生させて原料ガスをプラズマ
化し、前記基板支持台上に載置された基板表面をプラズ
マ処理する表面処理装置であって、 前記ケーシングは、前記プラズマ発生手段を備えたプラ
ズマ発生領域と前記基板支持台を備えた基板処理領域と
の間に一以上のプラズマ吹出口を有するプレート部材が
介装されており、 少なくとも一の前記プレート部材は一以上のホロー放電
発生域を有してなり、 前記プラズマ発生領域には一以上のホロー放電発生域を
有するホロープラズマ発生電極が配されてなることを特
徴とする表面処理装置。3. In a casing provided with a plasma generating means, a raw material gas inlet, and a substrate support, plasma is generated by the plasma generating means to convert the raw material gas into plasma, which is placed on the substrate support. A surface processing apparatus for performing plasma processing on the substrate surface, wherein the casing has one or more plasma outlets between a plasma generation area including the plasma generation means and a substrate processing area including the substrate support. A plate member having at least one plate member having at least one hollow discharge generation region, and a hollow plasma generation electrode having at least one hollow discharge generation region in the plasma generation region. A surface treatment apparatus characterized by being arranged.
ける最小部分の開口幅W(1) は、W(1) ≦5L(e) 又は
W(1) ≦20Xのいずれかを満足する範囲に設定されて
なる請求項1〜3のいずれかに記載の表面処理装置。 但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原
料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原
子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は
分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程 X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシ
ース層の厚み4. An opening width W (1) of a minimum portion of at least one of the plasma outlets is set to a range satisfying either W (1) ≦ 5L (e) or W (1) ≦ 20X. The surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising: Here, L (e): under the desired plasma generation conditions, the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom, the smallest diameter atom or molecular species (active species) Mean free path of electrons with respect to seed) X: thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
マ発生手段により発生したプラズマとの対向面に一以上
の凹部を有してなり、少なくとも一の前記凹部が前記ホ
ロー放電発生域とされてなる請求項2又は3記載の表面
処理装置。5. The hollow plasma generating electrode has one or more concave portions on a surface facing plasma generated by plasma generating means, and at least one of the concave portions is the hollow discharge generating region. Item 4. The surface treatment apparatus according to item 2 or 3.
あって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラ
ズマとの対向部分に空洞内部に連通する1以上の貫通孔
を有してなり、少なくとも一の前記貫通孔が前記ホロー
放電発生域とされてなる請求項2又は3記載の表面処理
装置。6. The hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has at least one through hole communicating with the inside of the hollow at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein the through hole is formed as the hollow discharge generation area.
分の開口幅W(2) は、W(2) ≦5L(e) 又はW(2) ≦2
0Xのいずれかを満足する範囲に設定されてなる請求項
5又は6記載の表面処理装置。 但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原
料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原
子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は
分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程 X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシ
ース層の厚み7. An opening width W (2) of a minimum portion of the recess or the through hole is W (2) ≦ 5L (e) or W (2) ≦ 2.
The surface treatment apparatus according to claim 5, wherein the surface treatment apparatus is set to a range satisfying any one of 0X. Here, L (e): under the desired plasma generation conditions, the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom, the smallest diameter atom or molecular species (active species) Mean free path of electrons with respect to seed) X: thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
あって、同電極はプラズマ発生手段により発生したプラ
ズマとの対向部分に空洞内部に連通する1以上の貫通孔
を有してなり、空洞内部の少なくとも一部がホロー放電
の発生域とされてなる請求項2、3又は6記載の表面処
理装置。8. The hollow plasma generating electrode is a hollow body, and the electrode has one or more through holes communicating with the inside of the cavity at a portion facing the plasma generated by the plasma generating means. 7. The surface treatment apparatus according to claim 2, wherein at least a part of the surface treatment area is a region where hollow discharge is generated.
孔の形成方向に沿った空洞内部の少なくとも一部におけ
る対面距離Hは、H≦5L(e) 又はH≦20Xのいずれ
かを満足する範囲に設定されてなる請求項8記載の表面
処理装置。 但し、L(e) :所望のプラズマ発生条件下において、原
料ガス種及びそこから分解発生する電気的に中性の原
子、分子種(活性種)のうち最も直径の小さな原子又は
分子種(活性種)に対する電子の平均自由行程 X :所望のプラズマ発生条件下において発生するシ
ース層の厚み9. A facing distance H in at least a part of the inside of the hollow along the formation direction of the through-hole of the hollow plasma generating electrode is in a range satisfying either H ≦ 5L (e) or H ≦ 20X. 9. The surface treatment apparatus according to claim 8, wherein the apparatus is set. Here, L (e): under the desired plasma generation conditions, the source gas species and the electrically neutral atoms and molecular species (active species) decomposed and generated therefrom, the smallest diameter atom or molecular species (active species) Mean free path of electrons with respect to seed) X: thickness of sheath layer generated under desired plasma generation conditions
凹部、貫通孔の近傍、及び/又は前記空洞内部に磁場が
形成されてなる請求項1〜9のいずれかに記載の表面処
理装置。10. The surface treatment apparatus according to claim 1, wherein a magnetic field is formed in the vicinity of the plasma outlet, and / or in the vicinity of the concave portion, the through hole, and / or inside the cavity.
電位印加手段を備えてなる請求項 1〜10のいずれかに
記載の表面処理装置。11. The surface treatment apparatus according to claim 1, further comprising potential applying means for applying a desired potential to said substrate.
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