JP2004006586A - Plasma processing apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To make a processing gas flow uniform along the lengths of a couple of electrodes in a plasma processing apparatus which introduces the processing gas into between opposite surfaces of the electrodes from their length-side edges. <P>SOLUTION: In a gas introducing device 11 of the plasma gas processing apparatus S1, a couple of pipes 41 and 42 (uniformizing path) are provided which gradually leak nearly half portions of the processing gas flow to an upper-side first stage chamber 11a while making them flow opposite each other along the lengths of electrodes 20. The gas leaking to the chamber 11a passes through narrow gaps 11c (communication path) on both right and left sides of the pipes 41 and 42 therefrom to flow to a lower-side second stage chamber and a final-stage chamber 11b. Then the gas is introduced in a space 20a between the electrodes 20 through an intake hole 10a. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ処理装置に関するものであり、特に、平行な一対の長尺電極の長手側縁どうしの間から対向面間に処理ガスを導入してプラズマを生成し、薄膜形成、エッチング、表面改質、有機汚染物除去、撥水化又は親水化等の表面処理を行なう装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
化学蒸着(CVD)法等により被処理基板上に薄膜を形成して半導体素子を製造する方法が種々開発されているが、反応ガス流の流束や濃度の均一性が薄膜の出来に影響を及ぼすことが知られている。大面積基板では特にその影響が大きい。ガス流を均一化させる方法として、例えばガスを面状に広がる多孔質材や多孔板に通すことが行なわれている(特開平6−2149号公報、特開平8−209349号公報等)。しかし、ガスの吹出し部が細長状になっている場合には、上記のような多孔部材だけでは、吹出し部の長手方向に沿って十分に均一化することができない。
【0003】
そこで、特開平11−236676号公報には、角筒状のガス吹出しノズルの長手方向の一端にガス受容れポートを形成するとともに、内部に一端から他端へ対角線状に斜板を設けて、ガスの流れ方向に沿って流路が次第に狭くなるようにし、さらに、ノズルの長手側板には多数の小さなノズル吹出し孔を長手方向及び幅方向に並べて配置することが提案されている。これによって、各ノズル吹出し孔から吹出すガスを互いに略同じ流速にすることができ、ひいては膜厚の均一化を図ることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、より高品質の製品を作るには、ガス流の一層の均一化が求められている。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、長手側縁を有する1の面どうしが互いに平行をなして対向する一対の電極と、処理ガス源と、この処理ガス源からの処理ガスを上記一対の電極の長手側縁どうしの間から対向面間へ導くガス導入装置と、上記電極間に電界を印加して例えばグロー放電等を起させることにより上記導入装置からの処理ガスを上記対向面間においてプラズマ化(イオン状態だけでなくラジカル状態も含む)させる電界印加手段とを備え、上記ガス導入装置が、上記処理ガス流の略半分ずつを上記電極の長手側縁と平行な方向に沿って互いに対向するように流しながら周側部の略全長域から路外へ漸次漏らす一対の均一化路と、各々上記平行方向に沿う細長状をなすとともに段ごとに1又は複数の連通路で連通された複数段の均一化チャンバーとを有し、1段目の均一化チャンバーが、上記一対の均一化路の路外空間を構成し、各連通路が、連通すべき前後の段の均一化チャンバーの略全長域に及ぶスリット状又は複数のスポット状をなし、最終段の均一化チャンバーには、上記電極の長手側縁どうし間の略全長域に臨む処理ガス導入孔が設けられていることを特徴とする。これによって、処理ガス流を電極の長手側縁に沿う方向に十分に均一化することができ、ひいては表面処理のばらつきを確実に無くすことができる。
【0006】
上記ガス導入装置が、上記平行方向に沿う細長状の装置本体の内部に、上記一対の均一化路を構成する部材を上記平行方向へ架け渡すように収容してなり、この均一化路構成部材を挟んで上記電極とは逆側の装置本体内が、上記1段目の均一化チャンバーとして提供され、上記電極の側の装置本体内が、2段目かつ最終段目の均一化チャンバーとして提供され、更に、装置本体と均一化路構成部材との上記電極どうしの対向方向に沿って両側の隙間が、狭隘になって上記連通路として提供されていることが望ましい。これによって、処理ガスを均一化路から電極とは逆側へ出した後、電極の側へ向けさせることになり、流れの強弱を一層確実に均すことができる。また、均一化路構成部材を均一化チャンバー及び連通路の構成部材として兼用でき、部材点数を削減することができる。
【0007】
上記一対の均一化路を構成する部材が、上記平行方向に延びるとともに互いに上記電極どうしの対向方向に並んで配された一対のパイプを含み、各パイプの管壁の略全長域に上記1段目の均一化チャンバーに通じる漏れ孔が形成されていることが望ましい。これによって、均一化路を最小限の部品点数で簡単に構成することができる。
【0008】
上記均一化路の流路断面積が、処理ガスの流れ方向に沿って次第に小さくなっていることが望ましい。これによって、均一化路の内圧を路外(1段目のチャンバー)への漏れに拘わらず略一定に保つことができ、ひいては漏れ孔から1段目のチャンバーへ漏れるガスの流速を略一定にすることができる。
【0009】
上記処理ガスが、分流と合流を繰り返させられ、更に複数回にわたって折曲されたうえで、上記均一化路へ導かれることが望ましい。これによって、ガスの一層の均一化を図ることができる。
【0010】
上記ガス導入装置と上記一対の電極を支持する電極ホルダとが一体に連なっており、上記一対の電極の対向面における導入装置とは逆側の長手側縁どうしの間が、上記プラズマ化された処理ガスを被処理物に吹き付ける吹出し孔となっていることが望ましい。これによって、リモート式のプラズマ処理装置を構成することができ、被処理物が高電界空間に直接曝されるのを避けることができ、電気的熱的負担を軽減できる。
【0011】
本発明の電極の材質としては、銅やアルミニウム等の金属単体、ステンレスや真鍮等の合金、金属間化合物等を用いることができる。
電極の少なくとも一方の対向面には、固体誘電体層を被膜する。この固体誘電体層の厚さは、0.01〜4mmであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。
固体誘電体層の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチック、ガラス、二酸化珪素、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物、又はこれらを複層化したもの等を用いることができる。
固体誘電体層の比誘電率は、2以上(25℃環境下、以下同じ)であることが好ましい。そのような誘電体として、ポリテトラフルオロエチレン、ガラス、金属酸化物等がある。高密度の放電プラズマを安定して発生させるには、比誘電率が10以上の固体誘電体を用いるのが好ましい。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では18,500程度のものが知られている。比誘電率が10以上である固体誘電体の具体例としては、酸化チタニウム5〜50重量%、酸化アルミニウム50〜95重量%で混合された金属酸化物、または酸化ジルコニウムを含有する金属酸化物からなるものが好ましい。
上記電極間の距離は、固体誘電体の厚さ、印加電圧の大きさ、プラズマ処理の内容等を考慮して適宜決定されるが、0.1〜50mmであることが好ましく、5mm以下がより好ましい。50mmを越えると均一な放電プラズマを発生させ難い。特に被処理物を電極間に配置するダイレクト式のプラズマ処理装置では、0.5〜2mmが好ましく、リモート式のプラズマ処理装置では、0.1〜2mmが好ましい。
【0012】
本発明では、電極間にグロー放電、アーク放電等を起させることによりプラズマを発生させるが、放電の種類は限定されない。高密度プラズマ状態を保持するためには、グロー放電が好ましい。
本発明では、上記電極間に、高周波、パルス波、マイクロ波等による電界が印加され、プラズマを発生させるが、中でもパルス電界を印加することが好ましく、特に、パルスの立上がり及び/又は立下がり時間が、10μs以下のものが好ましい。10μsを越えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立上がり時間及び立下がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行なわれるが、40ns未満の立上がり時間のパルス電界を実現することは、実際には困難である。より好ましくは50ns〜5μsである。なお、ここでいう立上がり時間とは、電圧(絶対値)が連続して増加する時間、立下り時間とは、電圧(絶対値)が連続して減少する時間を指すものとする。
【0013】
上記パルス電界の電界強度は、10〜1000kV/cmとなるようにするのが好ましく、15〜1000kV/cmがより好ましい。電界強度が10kV/cm未満であると処理に時間がかかりすぎ、1000kV/cmを越えるとアーク放電が発生しやすくなる。
上記パルス電界の周波数は、0.5kHz以上であることが好ましい。0.5kHz未満であると、プラズマ密度が低く、処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている13.56MHz、試験的に使用されている500MHzといった高周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると、500kHz以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。
上記パルス電界における1つのパルスの継続時間は、200μs以下であることが好ましい。200μsを越えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、1つのパルス継続時間とは、ON、OFFの繰り返しからなるパルス電界における、1つのパルスの連続するON時間を言う。
上記パルス電界におけるパルスのオフ時間は、0.5〜1000μsが好ましく、0.5〜500μsがより好ましい。1000μsを越えるとアーク放電に移行しやすくなる。
【0014】
本発明のプラズマ処理装置は、どのような圧力下でも用いることができるが、特に大気圧近傍の圧力下(常圧下)で用いるとその効果を十分に発揮できる。大気圧近傍の圧力とは、1.333×10〜10.664×10Paの範囲を指す。中でも、9.331×10〜10.397×10Paの範囲は、圧力調整が容易で装置が簡便になり、好ましい。大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケトン等の特定のガス以外は、プラズマ状態が安定して保持されずにアーク放電に移行しやすいことが知られているが、印加電界をパルス状にすることによって、アーク放電に移行する前に放電を止めることができる。
上記パルス電界を用いた大気圧放電プラズマ処理装置によると、ガス種にまったく依存せず、電極間において大気圧下で放電を起こすことが可能であり、電極構造や放電手順を単純化でき、高速処理を実現できる。
【0015】
本発明で処理できる被処理基材(被処理物)は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、エポキシ樹脂、液晶ポリマー、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、シリコンウェハー、金属等が挙げられる。基材の形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、これらに限定されない。
【0016】
本発明で用いる処理ガスとしては、電界を印加することによってプラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。本発明の装置によれば、プラズマ発生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラズマを発生させることが可能であり、開放系あるいは気体の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理が可能となる。
処理ガスとして、CF、C、CClF、SF等のフッ素含有化合物ガスを用いることによって、撥水性表面を得ることができる。
処理ガスとして、O、O、水、空気等の酸素元素含有化合物、N、NH等の窒素元素含有化合物、SO、SO等の硫黄元素含有化合物を用いることによって、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタクリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水性重合膜を被膜することもできる。
Si、Ti、Sn等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラート等の処理ガスを用いることによって、SiO、TiO、SnO等の金属酸化物薄膜を形成でき、基材表面に電気的、光学的機能を与えることができる。
さらに、ハロゲン系ガスを用いてエッチング処理やダイシング処理を行なったり、酸素系ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行なったり、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いて表面クリーニングや表面改質を行なうこともできる。
【0017】
経済性及び安全性の観点から、処理ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げる希釈ガスによって希釈された雰囲気中で処理を行なうことが望ましい。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。これらは単独でも2種以上を混合して用いてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係るリモート式のプラズマ処理装置S1を示したものである。プラズマ処理装置S1は、大面積のワーク(基板、被処理物)Wを載せる載置台2と、この載置台2上に位置するようにしてフレーム(図示せず)に支持されたプラズマノズルヘッド10とを備えている。載置台2には移動機構3が一体に接続されている。この移動機構3によって載置台2ひいてはワークWが、後述する電極20の延び方向(左右方向)と直交する前方向へ相対移動されるようになっている。載置台2を固定し、ヘッド10を移動機構3に接続して移動できるようにしてもよい。
【0019】
プラズマノズルヘッド10について詳述する。
図1及び図2に示すように、ノズルヘッド10は、一対の長尺電極20と、これら長尺電極20を保持する電極ホルダ30と、その上に配置された処理ガス導入装置11とを備えている。図1及び図3に示すように、電極20は、角柱形状をなし、左右方向(図1の紙面と直交する方向)へ直線状に細長く延びている。電極20は、例えばステンレス等の導電性材料で構成されている。一方(例えば後側)の電極20にパルス電源1(電界印加手段)が接続され、他方(例えば前側)の電極20が接地されている。
なお、パルス電源1は、電極20にパルス電圧を出力するようになっている。このパルスの立上がり時間及び/又は立下り時間は、10μs以下、電界強度は10〜1000kV/cmであることが望ましい。
【0020】
図1、図3、図6に示すように、一対の電極20どうしは、狭い間隔(例えば2mm)を置いて互いに平行に配されている。これら電極20の対向面(1の面)どうしの間の空間が、プラズマ化空間20aとなっている。空間20aは、電極20の全長域にわたって等厚になっている。後述するように、空間20aには、対向面の上側の長手側縁どうしの間から処理ガスが導入される。この処理ガスがプラズマ化されたうえで空間20aの下側のワークWへ吹出されるようになっている。空間20aの下側の開口は、吹出し孔20xを構成している。電極20の対向面及び下面には、セラミックを溶射してなる固体誘電体層21が被膜されている。電極20の上記対向面とは逆側の背面(外側面)及び上面は、各々真平らになり、しかも互いに真直角になるように研磨されている。更に、電極20の内部には、冷却用の冷媒往復路20b,20cが形成されている。
【0021】
電極ホルダ30は、各電極20に被せられた前後一対のアングル部材31と、各アングル部材31に添えられた前後一対のサイドプレート33と、これらサイドプレート33及びアングル部材31の上面間に架け渡されたカバープレート32とを有し、左右方向に長く延びている。アングル部材31は、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性樹脂によって出来、上片部31xと縦片部31yとを有して断面逆L字形状に形成されている。各アングル部材31の互いに真直角をなす上片部31xの下面と縦片部31yの内側面(ヘッド10の前後中央を向く面)とに、電極20の上記真直角をなす研磨面が添えられている。縦片部31yの下端面には、細長板状の支え部材37がボルト締めにて固定されている。支え部材37は、縦片部31yより内側へ僅かに突出し、この突出部分に電極20の下外側の角部が載せられて支持されている。一対のアングル部材31の上片部31xどうしは、全長域にわたって等間隔の狭い隙間31aを介して対向している。
【0022】
カバープレート32は、鋼材等の剛性材料で構成されている。カバープレート32には、左右を向く長手方向に沿ってスリット32aが形成されている。このスリット32aが、アングル部材31間の隙間31aを介して、電極20間の空間20aに連なっている。
【0023】
図1及び図2に示すように、サイドプレート33は、鋼材等の剛性材料によって長板状に形成され、幅方向を上下に向けるとともに左右方向に真直ぐに延びている。サイドプレート33は、アングル部材31の縦片部31yの前後の外側面(背面)に宛がわれるとともに、上側縁がカバープレート32に突き当てられてボルト締めされている。
【0024】
電極ホルダ30には、一対の電極20どうしの間隔調節機構が設けられている。すなわち、図1、図2、図6に示すように、サイドプレート33には、電極押しボルト34と電極引きボルト35が、それぞれ長手方向に離間して複数設けられている。押しボルト34(間隔調節機構の接近手段)は、サイドプレート33のネジ孔33aにねじ込まれて、これを貫通し、アングル部材31の背面の凹部31cに突き当てられている。ひいてはアングル部材31を介して電極20の背面に突き当たっている。押しボルト34を更にねじ込むことによって、アングル部材31を介して電極20を押すことができるようになっている。
【0025】
図1及び図6に示すように、サイドプレート33とアングル部材31には、収容孔33b,31bが、長手方向に互いに離間して複数設けられている。これら収容孔33b,31bに段付き筒状の引きボルトホルダ36が収容されている。ボルトホルダ36の外端部には、フランジ36aが設けられており、このフランジ36aが、サイドプレート33の収容孔33bの段差33cに当たっている。ボルトホルダ36には、その中心軸に沿って外端側に大径孔36bが形成され、内端側に小径孔36cが形成されている。これら孔36b,36cに引きボルト35が挿通されている。引きボルト35の頭部は、孔36b,36cどうしの段差に突き当たり、脚部は、小径孔36cを貫通して、電極20のネジ孔20dにねじ込まれている。この引きボルト35のねじ込みをきつくすると、電極20を引き寄せる(他方の電極20から遠ざける)ことができるようになっている。また、電極20がクーロン力等で他方の電極側20へ引き動かされようとすると、引きボルト35の頭部がボルトホルダ36の孔36b,36cどうしの段差に引っ掛かり、更にボルトホルダ36のフランジ36aがサイドプレート33の段差33cに引っ掛かる(ひいては、引きボルト35の頭部がボルトホルダ36を介してサイドプレート33に引っ掛かる)ことにより、その動き(歪み)が阻止されるようになっている。
引きボルト35及びホルダ36は、協働して「間隔調節機構の離間手段」を構成するとともに「電極のクーロン力による歪みを阻止する阻止手段」を構成している。
【0026】
上記電極20間の空間20aには、ガス供給ライン60及び導入装置11を介して処理ガスが導入されるようになっている。図1に示すように、ガス供給ライン60は、CF等の処理ガス源61と、このガス源61と導入装置11とを繋ぐチューブ手段62とを備えている。チューブ手段62は、処理ガス源61に接続された1本の共通チューブ63と、この共通チューブ63から分岐された4本(複数)の分岐チューブ64とを有している。分岐チューブ64は、チューブ手段62の長さの大半を占めるように長く延びている。各分岐チューブ64の流路断面積は、共通チューブ63の4分の1になっている。したがって、各分岐チューブ64を細くすることができ、引き回しの容易化を図ることができる。これら分岐チューブ64が2本ずつ互いに合流されて、そこから合流チューブ65が延びている。各チューブ65の流路断面積は、分岐チューブ64の2倍になっている。これらチューブ65が、導入装置11に接続されている。
【0027】
導入装置11について説明する。
図1〜図3に示すように、導入装置11は、左右方向に細長く延びる装置本体12と、この装置本体12内に収容されたインナーパイプユニット40(均一化路構成部材)とを備えている。装置本体12は、上面の開口された細長容器状のメインボディ13と、このメインボディ13の上面開口に嵌め込まれてこれを塞ぐキャッププレート14と、このキャッププレート14の上に重ねられたトッププレート15とを有している。
【0028】
図1〜図3及び図4(a)に示すように、トッププレート15の上面には、左右両端に一対のエンドピース16が設けられ、中央部にセンターピース17が設けられている。各エンドピース16とセンターピース17との間に、左右に延びるアッパーパイプ51,52が2本ずつ前後に並べられて架け渡されている。センターピース17を挟んで左右両側の後側アッパーパイプ51どうしは、互いに一直線上に配され、前側アッパーパイプ52どうしは、互いに一直線上に配されている。
【0029】
左右のエンドピース16には、後側アッパーパイプ51内に連なるガス受容れポート16aがそれぞれ形成されている。左側の受容れポート16aに、上記ガス供給ライン60の一方のチューブ65が連ねられ、右側の受容れポート16aに、他方のチューブ65が連ねられている。これによって、ガス源61からの処理ガスが、各ポート16aからアッパーパイプ51内に導かれ、センターピース17へ向けて流れることになる。
【0030】
図4(a)に示すように、センターピース17には、4本のアッパーパイプ51,52の内部どうしを互いに連通させる連通孔17aが形成されている。これによって、2本の後側アッパーパイプ51からの処理ガスは、孔17aで合流した後、2本の前側アッパーパイプ52内へ導かれ、左右両端へ向けて流れるようになっている。
【0031】
図2に示すように、メインボディ13の左右の端板には、一対のエンドブロック18が設けられている。エンドブロック18は、エンドピース16の下面に突き当てられている。図1、図3〜図5に示すように、左右のエンドピース16及びエンドブロック18には、アッパーパイプ52から続く折曲路12aが形成されている。すなわち、図3及び図4(a)に示すように、エンドピース16には、前側アッパーパイプ52内と一直線に連なる路16bと、この路16bから下へ延びてエンドピース16の下面に達する路16cとが形成されている。図3及び図4(b)に示すように、エンドブロック18の上面には、前後方向へ延びる長円形状の凹部が形成され、この長円形凹部とエンドピース16の下面とによって路12bが形成されている。路12bの前側端に上記路16cが連なっている。図3及び図4(b),(c)に示すように、エンドブロック18には、路12bの後側端から下へ延びる路18bが形成されている。図3及び図5(a)に示すように、左エンドブロック18には、路18bの下端から前方へ延びる路18cが形成されている。一方、右エンドブロック18には、路18bの下端から後方へ延びる路18c’が形成されている。後述するように、これら左右の路18c,18c’が、インナーパイプユニット40の前後のパイプ41,42にそれぞれ連なっている。
【0032】
インナーパイプユニット40について説明する。
図1、図3、図5(a)に示すように、ユニット40は、左右に延びるとともに互いに前後に並べられた2本のインナーパイプ(均一化路)41,42と、これらインナーパイプ41,42を上下から挟む挟持プレート43,44とを備えている。インナーパイプ41,42の左右両端部が、メインボディ13の左右の端板に支持されている。図3及び図5(a)に示すように、前側インナーパイプ41の左端は、左エンドブロック18の路18cに連なっている。一方、前側インナーパイプ41の右端は、閉塞されている。図5(a)に示すように、後側インナーパイプ42の右端は、右エンドブロック18の路18c’に連なり、左端は、閉塞されている。
【0033】
図1、図3、図5(a)に示すように、各インナーパイプ41,42の周方向の上側部には、内周面から外周面へ貫通する小さな漏れ孔41a,42bが、パイプ41,42の略全長域にわたって短間隔置きに多数形成されている。
【0034】
図1に示すように、上下の挟持プレート43,44は、それぞれ前後のインナーパイプ41,42間に跨っている。これら挟持プレート43,44は、インナーパイプ41,42の間に通されたボルト45によって連結され、ひいてはインナーパイプ41,42を挟持している。図1、図3、図4(c)に示すように、上側の挟持プレート43には、上記インナーパイプ41,42の孔41a,42aに連なる漏れ孔43aが多数形成されている。これら漏れ孔43aが、挟持プレート43の上面に開口されている。
【0035】
図1及び図3に示すように、装置本体12のキャッププレート14と上側挟持プレート43との間には、左右に細長い上側チャンバー(1段目の均一化チャンバー)11aが形成されている。このチャンバー11aに、上記挟持プレート43の孔43aひいては両インナーパイプ41,42の漏れ孔41a,42aが連なっている。
【0036】
図1、図4(c)、図5(a)に示すように、メインボディ13の前後の側壁とインナーパイプ41,42との間には、それぞれ隙間11c(連通路)が形成されている。この隙間11cは、インナーパイプ4,42の全長にわたって等厚で且つ非常に狭隘になっている。
【0037】
図1、図3、図5(b)に示すように、下側挟持プレート44とメインボディ13の底板との間には、左右に細長い下側チャンバー(2段目且つ最終段目の均一化チャンバー)11bが形成されている。下側チャンバー11bは、隙間11cを介して上側チャンバー11aに連なっている。
【0038】
図1及び図5(b)に示すように、メインボディ13の底板の幅方向(前後方向)の中央部には、左右全長にわたって延びる条孔13aが形成されている。条孔13aは、メインボディ13の底板の上面において幅広となり、下面に向かうにしたがって幅狭になっている。条孔13aは、電極ホルダ30のスリット32a及び隙間31aを介して一対の電極20間のプラズマ化空間20aに連なっている。条孔13aとスリット32aと隙間31aとによって、プラズマ化空間20aへの処理ガスの導入孔10aが構成されている。
【0039】
上記のように構成されたプラズマ処理装置S1の動作について説明する。
ガス源61からの処理ガスは、共通チューブ63を経て、分岐チューブ64で4つに分流され、その後、2つずつ合流して2本のチューブ65内を流れる。これらチューブ65を経て、ノズルヘッド10の左右のポート16aへ導入され、左右の後側アッパーパイプ51内をそれぞれ装置11の中央部へ向けて流れる。そして、センターピース17の連通孔17a内で1つに合流した後、略半分ずつに分流し、左右の前側アッパーパイプ52内へ導かれ、それぞれ左右両端へ向けて流れる。更に、左右の折曲路12aで複数回にわたって直角に折曲させられる。このように、分流、合流、折曲を繰り返すことにより、処理ガス流を均していくことができる。
【0040】
左右の折曲路12aを通過後の処理ガス流は、それぞれインナーパイプ41,42内に送られる。左側の折曲路12aから前側インナーパイプ41へ入った処理ガスは、パイプ41内を右へ流れながら、この流れ方向に並んだ漏れ孔41a,43aを通って上側チャンバー11a(均一路の外)へ漸次漏れ出る。同様に、右側の折曲路12aから後側インナーパイプ42へ入った処理ガスは、パイプ42内を左へ流れながら漏れ孔42a,43aを通って上側チャンバー11a(均一路の外)へ漸次漏れ出る。このとき、各々のパイプ42では、処理ガスの流量や流速が流れに沿って次第に変化していくが、2本のパイプ42で処理ガスを対向して流すことによって、上記の傾向を互いに打ち消すことができる。これによって、処理ガスを上側チャンバー11a内に左右方向に略均一に導入することができる。上側チャンバー11aは十分広い容積を有しているので、処理ガスをチャンバー11a内で一旦静圧にすることができる。
【0041】
更に、処理ガスは、上側チャンバー11aの全長域から狭隘な隙間11cを通って下側チャンバー11bへ流れる。この時、隙間11cにおいて圧損が生じ、圧の大きなところのガスが、より小さなところへ流れ込もうとする。これによって、ガス流を左右方向に一層均一化して下側チャンバー11bへ送り込むことができる。処理ガスは、このチャンバー11a内で再び静圧になる。そして、チャンバー11bから導入孔10aへ導かれる。これによって、左右長手方向に均一な処理ガス流を一対の電極20の上側縁間から対向面間の空間20aへ導入することができる。
【0042】
一方、パルス電源1からのパルス電圧が電極20間に印加され、空間20aにパルス電界が形成される。これによって、空間20a内でグロー放電が起き、上記処理ガスがプラズマ化される。この処理ガスは左右方向に均一化されているので、プラズマも左右方向に均一化することができる。この均一なプラズマ流が、吹出し孔20xからワークWに吹き付けられることにより、ワークWの上面に均一な表面処理を行なうことができる。
【0043】
しかも、印加電界によって電極20間にクーロン引力が働いても、電極20にねじ込まれた引きボルト35の頭部がボルトホルダ36を介してサイドプレート33に引っ掛かることによって、電極20が他方の電極20へ向けて引き動かされるのを阻止することができる。これによって、電極20の撓みを防止でき、電極20間の間隔すなわちプラズマ化空間20aの厚さを均一に維持することができる。この結果、プラズマ流を電極20の長手方向に沿って一層確実に均一に吹出すことができ、均一な表面処理を一層確実に行なうことができる。
【0044】
プラズマヘッドノズル10では、電極20の製造過程における固体誘電体層21の溶射処理や、基準面の研磨処理によって電極20に歪みが生じたとしても、押し引きボルト34,35を調節することによって、電極20の歪みを解消することができ、ひいてはプラズマ化空間20aの厚さを確実に均一にすることができる。これによって、吹出しプラズマ流をより一層確実に均一にすることができ、より一層均一な表面処理を行なうことができる。また、空間20aの厚さを大きくしてガスを流れやすくしたり、空間20aの厚さを小さくしてグロー放電を起こしやすくしたりすることもできる。
【0045】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。以下の実施形態において既述の実施形態と同様の構成に関しては、図面に同一符号を付して説明を省略する。
図7、図8、図9は、本発明の第2実施形態に係るリモート式のプラズマ処理装置S2を示したものである。この装置S2のプラズマノズルヘッド10は、処理ガス導入装置11の左右に細長い容器状の装置本体12の内部に、「均一化路構成部材」として、第1実施形態のパイプユニット40に代えて、断面正四角形状の内筒40Xが収容されている。内筒40Xは、装置本体12と同方向に延び、両端が装置本体12の左右の端板に突き当てられて接合されている。装置本体12の左右の端板には、処理ガス受容れポート16aがそれぞれ設けられている。これらポート16aが内筒40X内にそれぞれ連なっている。
【0046】
内筒40Xの内部には、左端の前側の隅から右端の後側の隅へ対角線状に延びる斜め仕切り板46が設けられている。この斜め仕切り板46によって、内筒40Xの内部が、互いに逆向きの平面視細長三角形状をなす前後2つの均一化路42x,41xに仕切られている。後側の均一化路41xは、左端において左側の処理ガス受容れポート16aに連なるとともに、右側へ向かうにしたがって流路断面積が次第に狭くなっている。前側の均一化路42xは、右端において右側の処理ガス受容れポート16aに連なるとともに、左側へ向かうにしたがって流路断面積が次第に狭くなっている。
【0047】
内筒40Xの上側板の全域には、多数の小さな漏れ孔40aが左右長手方向及び前後幅方向に整列されて形成されている。これら漏れ孔40aを介して、2つの均一化路42x,41xが、内筒40Xより上側のチャンバー11aに連なっている。
装置本体12の前後の側板と内筒40Xとの間の隙間11cは、内筒40Xの高さ分の上下長さを有している。
【0048】
この第2実施形態によれば、処理ガスが、左右のポート16aから路41x,42x内へ送り込まれ、漏れ孔40aから上側チャンバー11aへ順次漏れ出る。このとき、各路41x,42xにおける流路断面積が処理ガスの流れ方向に沿ってしだいに狭くなっているので、路41x,42xの内圧をそれぞれ略一定に保つことができ、ひいては漏れ孔40aから上側チャンバー11aへ漏れるガスの流速を略一定に保つことができる。上側チャンバー11aへ至った処理ガスは、その後、隙間11cを通過する。隙間11cが内筒40Xの高さ分だけ上下に長くなっているので、確実に圧損を生じさせることができ、ガス流を左右長手方向に沿って一層確実に均一化することができる。この均一化された処理ガスが、内筒40Xより下側のチャンバー11bを経て導入孔10aから電極20間の空間20aへ導入され、プラズマ流となってワークWへ吹き付けられる。
【0049】
図10及び図11は、本発明の第3実施形態に係るダイレクト式のプラズマ処理装置S3を示したものである。この実施形態では、一対の電極20が、ノズルヘッド10と分離され、上下に対向する平行平板状をなしている。これら電極20の間に、例えばフィルム状のワークWが介在され、ロール式の移動機構3Xによって順次前方(図10において右)へ送られるようになっている。ノズルヘッド10の処理ガス導入装置本体12には、底部における電極20を向く後側の隅に、処理ガス導入孔10a(吹出し孔)が斜め下の電極間空間20aへ向かうようにして配されている。
【0050】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変が可能である。
例えば、均一化チャンバーは、2段に限られず、3段以上設けられていてもよい。
均一化路の漏れ孔は、均一化構成部材の略全長域にわたって連続するスリット状をなしていてもよい。
処理ガス導入孔10aは、小孔状をなして電極20の長手方向に多数並んで配置されていてもよい。
前後の段の均一化チャンバーを連通する連通路は、小孔(スポット)状をなしてこれらチャンバーの長手方向に例えば等ピッチで並べられていてもよい。
【0051】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。
実施例1
(1)処理ガス導入
図7〜図9に示す装置S2を用い、プラズマ化空間20aに処理ガスを送り込む際の流速分布を測定した。処理ガス導入装置11の本体12として、前後幅32mm×高さ75mm×左右長さ230mmの箱状体を用意した。装置本体12の内部には、前後幅30mm×高さ30mm×左右長さ230mmの内筒40Xを設置した。筒40Xの内部は、仕切り板46によって斜め半分に仕切って2つの対向流路41x,42xを形成し、各々に7mmφの円形の処理ガス受容れポート16aを連ねた。内筒40Xの上板として、1mmφの漏れ孔40aを4列に22個開穿した多孔板を用いた。これと装置本体12の上板との間の間隔、すなわち上側チャンバー11aの上下高さは、30mmとした。隙間11cの厚さは1mmであり、下側チャンバー11bの上下高さは15mmである。装置本体12の底部には高さ5mm、幅2mmのスリット状導入孔10aを形成した。
処理ガスとして、乾燥空気を左右の各ポート16aから均一化路41x,42xへそれぞれ10L/min、合計で20L/min送り込んだ。そして、導入孔10aの長手方向に沿って20mm間隔置きに11ヶ所で流速の測定を行なった。
その結果、流速のばらつきは±2.0%であった。ここで、流速ばらつきは、次式により求めた。
流速ばらつき=(流速最大値−流速最小値)/流速平均値
【0052】
(2)放電プラズマ処理
次に、上記(1)の処理ガス導入装置11の下側に一対の電極20を取り付け、電極間空間20aに処理ガスを導入し、プラズマ化させてワークW(被処理物)のプラズマ放電処理を行なった。電極20として、25mm×20mm×240mmのSUS製棒状体を用い、その表面にアルミナを1mmの厚さに溶射した。一対の電極20間の間隔すなわちプラズマ化空間20aの厚さは、2mmとした。吹出し口20xから2mm離して8インチのシリコンウェハーを設置した。処理ガスとして、酸素15L/minと窒素5L/minの混合ガスに、気化させたTEOSを0.2g/minの割合で混合したものを、左右の各ポート16aから均一化路41x,42xへそれぞれ送り込んだ。そして、95kPaの圧力下で、電極20間にパルス立上がり速度5μs、周波数5kHz、VPP=20kVの電界を印加し、ヘッド10を100mm/minで移動させて、8インチ・シリコンウェハーからなるワークW上にSiO膜を形成した。
得られたSiO膜の厚さをエリプソメーターで600ヶ所測定したところ、膜厚のばらつきは、±3.2%であった。ここで、膜厚ばらつきは、次式により求めた。
膜厚ばらつき=(膜厚最大値−膜厚最小値)/膜厚平均値
【0053】
比較例1
比較例として、図12及び図13に示す処理ガス導入装置11’を用意した。導入装置11’の箱状本体12の大きさは、前後幅32mm×高さ75mm×左右長さ230mmであり、左端板のみに1つの処理ガス受容れポート16aを配し、斜め仕切り板46を本体12の左上隅から右へ向かうにしたがって下へ傾くようにして設けた。斜め仕切り板46の右端部は、本体12の上板から28mm下方に位置させ、これと同じ高さに水平板47を設けた。水平板47として、1mmφの漏れ孔47aを4列に22個開穿した多孔板を用いた。水平板47から28mm下方には、邪魔板48を装置本体12の左右端板間に水平に架け渡し、この邪魔板48と水平板37との間を上側チャンバー11aとし、邪魔板48と装置本体12の底板との間を下側チャンバー11bとした。邪魔板48の前後の側縁と装置本体12の前後側板との間には、1mm幅の隙間11cを形成した。装置本体12の底板には、高さ5mm、幅2mmのスリット状導入孔10aを形成した。
処理ガスとして、20L/minの乾燥空気をポート16aから単一の均一化路41xに送り込んだ。そして、実施例1(1)と同様に、導入孔10aの長手方向に沿って20mm間隔置きに11ヶ所で流速の測定を行なった。
結果、流速のばらつきは、±5.2%であった。
次に、実施例1(2)と同様にして、プラズマ放電処理を行なった。その結果、膜厚のばらつきは、±4.5%であった。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、これによって、処理ガス流を電極の長手側縁に沿う方向に十分に均一化することができ、ひいては表面処理のばらつきを確実に無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係るプラズマ処理装置の側面断面図である。
【図2】上記プラズマ処理装置のプラズマヘッドノズルの斜視図である。
【図3】図1のIII−III線に沿う上記プラズマヘッドノズルの正面断面図である。
【図4】(a)図1のIVA−IVA線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。(b)図1のIVB−IVB線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。(c)図1のIVC−IVC線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。
【図5】(a)図1のVA−VA線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。(b)図1のVB−VB線に沿う上記プラズマヘッドノズルの処理ガス導入装置の平面断面図である。
【図6】図1のVI−VI線に沿う上記プラズマヘッドノズルの電極ホルダの平面断面図である。
【図7】本発明の第2実施形態に係るプラズマ処理装置のプラズマノズルヘッドを模式的に示す斜視図である。
【図8】図7のVIII−VIII線に沿う上記第2実施形態のプラズマノズルヘッドのガス導入装置の側面断面図である。
【図9】図7のIX−IX線に沿う上記第2実施形態のガス導入装置の平面断面図である。
【図10】本発明の第3実施形態に係るプラズマ処理装置を模式的に示す側面断面図である。
【図11】上記第3実施形態に係るプラズマ処理装置のガス導入装置を模式的に示す斜視図である。
【図12】比較例で用いたガス導入装置を模式的に示す斜視図である。
【図13】図12のXIII−XIII線に沿う上記比較例装置の側面断面図である。
【符号の説明】
W ワーク(被処理物)
S1〜S3 プラズマ処理装置
1 パルス電源(電界印加手段)
10 プラズマノズルヘッド
10a ガス導入孔
11 処理ガス導入装置
11a 上側チャンバー(1段目のチャンバー)
11b 下側チャンバー(2段目かつ最終段のチャンバー)
11c 隙間(連通路)
12 装置本体
20 長尺電極
20a プラズマ化空間(電極どうしの対向面間の空間)
20x 吹出し口
30 電極ホルダ
40 インナーパイプユニット(均一化路構成部材)
40X 内筒(均一化路構成部材)
40a 漏れ孔
41 前側インナーパイプ(均一化路)
41a,42a,43a 漏れ孔
41x,42x 均一化路
42 後側インナーパイプ(均一化路)
46 斜め仕切り板
60 処理ガス源
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and in particular, generates a plasma by introducing a processing gas from between longitudinal edges of a pair of parallel long electrodes to generate plasma, forming a thin film, etching, and forming a surface. The present invention relates to an apparatus for performing surface treatment such as modification, removal of organic contaminants, water repellency or hydrophilicity.
[0002]
[Prior art]
Various methods for manufacturing semiconductor devices by forming a thin film on a substrate to be processed by a chemical vapor deposition (CVD) method or the like have been developed. However, the uniformity of the flux and concentration of the reaction gas flow may affect the thin film formation. Is known to have an effect. The effect is particularly large for large-area substrates. As a method of making the gas flow uniform, for example, a gas is passed through a porous material or a porous plate that spreads in a planar shape (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 6-2149 and 8-209349). However, when the gas blowout portion is elongated, it is not possible to sufficiently uniform the gas blowout portion along the longitudinal direction with only the porous member as described above.
[0003]
Therefore, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-236676 discloses that a gas receiving port is formed at one end in the longitudinal direction of a rectangular cylindrical gas blowing nozzle, and a diagonal swash plate is provided inside from one end to the other end. It has been proposed that the flow path is gradually narrowed along the gas flow direction, and that a large number of small nozzle outlets are arranged in the longitudinal and width directions on the longitudinal side plate of the nozzle. Thereby, the gas blown out from each nozzle blowout hole can be made to have substantially the same flow rate, and the film thickness can be made uniform.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to produce higher quality products, a more uniform gas flow is required.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a plasma processing apparatus according to the present invention includes a pair of electrodes in which one surface having a longitudinal side edge is opposed to each other in parallel with each other, a processing gas source, and a processing gas source. A gas introducing device for guiding the processing gas from between the longitudinal edges of the pair of electrodes to between the opposing surfaces, and a process from the introducing device by applying an electric field between the electrodes to cause, for example, a glow discharge or the like. Electric field applying means for converting a gas into a plasma (including a radical state as well as an ionic state) between the opposed surfaces, wherein the gas introducing device is configured to divide approximately half of the processing gas flow into a longitudinal side edge of the electrode. A pair of uniformized paths that gradually leak out of the road from substantially the entire length of the peripheral side while flowing so as to face each other along a parallel direction, and one or more for each step, each having an elongated shape along the parallel direction and of A plurality of equalizing chambers communicated by passages, wherein the first equalizing chamber constitutes an off-road space of the pair of equalizing paths, and each communication passage is a front and rear stage to be communicated. In the form of a slit or a plurality of spots extending over substantially the entire length of the homogenizing chamber, the final stage homogenizing chamber is provided with a processing gas introduction hole facing substantially the entire length between the longitudinal side edges of the electrodes. It is characterized by having. As a result, the processing gas flow can be sufficiently uniformized in the direction along the longitudinal side edge of the electrode, and thus the variation in the surface treatment can be reliably eliminated.
[0006]
The gas introduction device is configured such that members forming the pair of equalizing paths are housed in the elongated device main body along the parallel direction so as to bridge in the parallel direction. The inside of the device main body on the opposite side of the electrode with respect to the electrode is provided as the first-stage homogenizing chamber, and the inside of the device main body on the electrode side is provided as the second-stage and final-stage homogenizing chamber. Furthermore, it is desirable that the gaps on both sides of the apparatus main body and the uniformizing path constituting member along the direction in which the electrodes face each other are narrowed and provided as the communication paths. As a result, the processing gas flows out of the homogenizing path to the side opposite to the electrode and then to the electrode side, so that the strength of the flow can be more reliably leveled. In addition, the component for uniformizing path can be used also as a component for the uniformizing chamber and the communication path, and the number of components can be reduced.
[0007]
The member forming the pair of equalizing paths includes a pair of pipes extending in the parallel direction and arranged side by side in a direction opposite to each other with respect to the electrodes. Desirably, a leak hole leading to the eye homogenization chamber is formed. This makes it possible to easily configure the equalizing path with a minimum number of parts.
[0008]
It is desirable that the cross-sectional area of the flow path of the uniformizing path is gradually reduced along the flow direction of the processing gas. This makes it possible to keep the internal pressure of the equalizing passage substantially constant irrespective of the leakage to the outside of the passage (first stage chamber), and to keep the flow rate of gas leaking from the leak hole to the first stage chamber substantially constant. can do.
[0009]
It is desirable that the processing gas be repeatedly split and merged, bend a plurality of times, and then be guided to the uniformizing path. Thereby, the gas can be made more uniform.
[0010]
The gas introduction device and an electrode holder that supports the pair of electrodes are integrally connected, and between the longitudinal edges opposite to the introduction device on the opposing surfaces of the pair of electrodes, the plasma is formed. It is desirable that the processing gas is a blowing hole for blowing the processing gas to the processing object. This makes it possible to configure a remote type plasma processing apparatus, to prevent the object to be processed from being directly exposed to the high electric field space, and to reduce the electrical and thermal load.
[0011]
As the material of the electrode of the present invention, a simple metal such as copper or aluminum, an alloy such as stainless steel or brass, an intermetallic compound, or the like can be used.
At least one opposing surface of the electrode is coated with a solid dielectric layer. This solid dielectric layer preferably has a thickness of 0.01 to 4 mm. If it is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied, and arc discharge may occur.
Examples of the material of the solid dielectric layer include plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, zirconium dioxide, and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate or the like. And the like can be used.
The relative dielectric constant of the solid dielectric layer is preferably 2 or more (under a 25 ° C. environment, the same applies hereinafter). Examples of such a dielectric include polytetrafluoroethylene, glass, and metal oxide. In order to stably generate high-density discharge plasma, it is preferable to use a solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more. Although the upper limit of the relative dielectric constant is not particularly limited, about 18,500 of actual materials are known. Specific examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more include a metal oxide mixed with 5 to 50% by weight of titanium oxide and 50 to 95% by weight of aluminum oxide, or a metal oxide containing zirconium oxide. Are preferred.
The distance between the electrodes is appropriately determined in consideration of the thickness of the solid dielectric, the magnitude of the applied voltage, the content of the plasma treatment, and the like, and is preferably 0.1 to 50 mm, more preferably 5 mm or less. preferable. If it exceeds 50 mm, it is difficult to generate uniform discharge plasma. In particular, in a direct type plasma processing apparatus in which an object to be processed is arranged between electrodes, 0.5 to 2 mm is preferable, and in a remote type plasma processing apparatus, 0.1 to 2 mm is preferable.
[0012]
In the present invention, plasma is generated by causing glow discharge, arc discharge, or the like between the electrodes, but the type of discharge is not limited. In order to maintain a high-density plasma state, glow discharge is preferable.
In the present invention, an electric field such as a high frequency wave, a pulse wave, or a microwave is applied between the electrodes to generate a plasma. Among them, it is preferable to apply a pulsed electric field, and particularly, a rise and / or fall time of a pulse. However, it is preferably 10 μs or less. If the time exceeds 10 μs, the discharge state easily shifts to an arc and becomes unstable, making it difficult to maintain a high-density plasma state. Further, the shorter the rise time and the fall time, the more efficiently the gas is ionized at the time of plasma generation, but it is actually difficult to realize a pulse electric field having a rise time of less than 40 ns. More preferably, it is 50 ns to 5 μs. Here, the rise time refers to the time during which the voltage (absolute value) continuously increases, and the fall time refers to the time during which the voltage (absolute value) continuously decreases.
[0013]
The electric field strength of the pulse electric field is preferably set to 10 to 1000 kV / cm, more preferably 15 to 1000 kV / cm. If the electric field strength is less than 10 kV / cm, it takes too much time for the treatment, and if the electric field strength exceeds 1000 kV / cm, arc discharge tends to occur.
The frequency of the pulse electric field is preferably 0.5 kHz or more. When the frequency is less than 0.5 kHz, the plasma density is low and the processing takes too long. Although the upper limit is not particularly limited, a high frequency band such as 13.56 MHz commonly used or 500 MHz used experimentally may be used. Considering the easiness of matching with the load and the handling, the frequency is preferably 500 kHz or less. By applying such a pulsed electric field, the processing speed can be greatly improved.
The duration of one pulse in the pulse electric field is preferably 200 μs or less. If the time exceeds 200 μs, the transition to arc discharge becomes easy. Here, one pulse duration refers to a continuous ON time of one pulse in a pulse electric field composed of repetition of ON and OFF.
The off time of the pulse in the pulse electric field is preferably 0.5 to 1000 μs, more preferably 0.5 to 500 μs. If it exceeds 1000 μs, the transition to arc discharge becomes easy.
[0014]
Although the plasma processing apparatus of the present invention can be used under any pressure, the effect can be sufficiently exerted particularly when used under a pressure near atmospheric pressure (under normal pressure). The pressure near the atmospheric pressure is 1.333 × 10 4 ~ 10.664 × 10 4 It indicates the range of Pa. Above all, 9.331 × 10 4 ~ 10.297 × 10 4 The range of Pa is preferable because the pressure can be easily adjusted and the apparatus can be simplified. It is known that under a pressure near the atmospheric pressure, except for a specific gas such as helium, ketone, etc., the plasma state is not stably maintained and easily transitions to arc discharge, but the applied electric field is pulsed. Thus, the discharge can be stopped before the transition to the arc discharge.
According to the atmospheric pressure discharge plasma processing apparatus using the above-mentioned pulse electric field, it is possible to cause a discharge between the electrodes under the atmospheric pressure without depending on the kind of gas at all. Processing can be realized.
[0015]
Substrates to be treated in the present invention (substrates to be treated) include plastics such as polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, epoxy resin, liquid crystal polymer, acrylic resin, glass, ceramic, and silicon wafer. , Metals and the like. Examples of the shape of the substrate include, but are not limited to, a plate shape and a film shape.
[0016]
The processing gas used in the present invention is not particularly limited as long as it generates a plasma by applying an electric field, and various gases can be used depending on the processing purpose. According to the device of the present invention, it is possible to generate glow discharge plasma regardless of the type of gas present in the plasma generation space, and in an open system or a low airtight system that prevents free gas loss. Processing becomes possible.
CF as processing gas 4 , C 2 F 6 , CCIF 3 , SF 6 By using a fluorine-containing compound gas such as that described above, a water-repellent surface can be obtained.
O as the processing gas 2 , O 3 , Water, air and other oxygen-containing compounds, N 2 , NH 3 Nitrogen-containing compounds such as SO 2 , SO 3 By using a sulfur element-containing compound such as the above, a hydrophilic functional group such as a carbonyl group, a hydroxyl group or an amino group can be formed on the surface of the base material to increase the surface energy and obtain a hydrophilic surface. Further, the hydrophilic polymer film can be coated with a polymerizable monomer having a hydrophilic group such as acrylic acid and methacrylic acid.
By using a processing gas such as a metal-hydrogen compound, a metal-halogen compound, or a metal alcoholate of a metal such as Si, Ti, or Sn, SiO 2 , TiO 2 , SnO 2 And the like, and an electrical and optical function can be given to the substrate surface.
Further, etching and dicing are performed using a halogen-based gas, resist processing and organic contamination are removed using an oxygen-based gas, and surface cleaning and surface modification are performed using an inert gas such as argon or nitrogen. You can also do quality.
[0017]
From the viewpoint of economy and safety, it is preferable to perform the treatment in an atmosphere diluted with the following diluent gas, rather than in the atmosphere of the treatment gas alone. Examples of the diluting gas include rare gases such as helium, neon, argon, and xenon, and nitrogen gas. These may be used alone or in combination of two or more.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a remote type plasma processing apparatus S1 according to the first embodiment of the present invention. The plasma processing apparatus S1 includes a mounting table 2 on which a large-area work (substrate, workpiece) W is mounted, and a plasma nozzle head 10 supported on a frame (not shown) so as to be positioned on the mounting table 2. And A moving mechanism 3 is integrally connected to the mounting table 2. By the moving mechanism 3, the mounting table 2 and thus the work W are relatively moved in a forward direction perpendicular to the extending direction (lateral direction) of the electrode 20, which will be described later. The mounting table 2 may be fixed, and the head 10 may be connected to the moving mechanism 3 so as to be movable.
[0019]
The plasma nozzle head 10 will be described in detail.
As shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle head 10 includes a pair of long electrodes 20, an electrode holder 30 for holding the long electrodes 20, and a processing gas introducing device 11 disposed thereon. ing. As shown in FIGS. 1 and 3, the electrode 20 has a prismatic shape, and extends linearly and elongated in the left-right direction (the direction orthogonal to the paper surface of FIG. 1). The electrode 20 is made of, for example, a conductive material such as stainless steel. The pulse power source 1 (electric field applying means) is connected to one (for example, rear) electrode 20, and the other (for example, front) electrode 20 is grounded.
The pulse power supply 1 outputs a pulse voltage to the electrode 20. It is desirable that the rise time and / or fall time of this pulse be 10 μs or less, and the electric field strength be 10 to 1000 kV / cm.
[0020]
As shown in FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 6, the pair of electrodes 20 are arranged parallel to each other at a small interval (for example, 2 mm). The space between the opposing surfaces (the surface of 1) of these electrodes 20 is a plasma-forming space 20a. The space 20 a has the same thickness over the entire length of the electrode 20. As described later, the processing gas is introduced into the space 20a from between the longitudinal edges on the upper side of the facing surface. This processing gas is made into plasma and then blown out to the work W below the space 20a. The opening on the lower side of the space 20a forms a blowout hole 20x. The opposite surface and the lower surface of the electrode 20 are coated with a solid dielectric layer 21 formed by spraying ceramic. The back surface (outer surface) and the upper surface of the electrode 20 opposite to the opposing surface are polished so as to be flat and perpendicular to each other. Further, inside the electrode 20, cooling refrigerant reciprocating paths 20b and 20c are formed.
[0021]
The electrode holder 30 includes a pair of front and rear angle members 31 covered by each electrode 20, a pair of front and rear side plates 33 attached to each angle member 31, and a bridge between the upper surfaces of the side plates 33 and the angle members 31. And a cover plate 32 extending in the left-right direction. The angle member 31 is made of an insulating resin such as polytetrafluoroethylene, and has an upper piece 31x and a vertical piece 31y, and is formed in an inverted L-shaped cross section. The polished surface of the electrode 20 at the right angle is attached to the lower surface of the upper portion 31x of each angle member 31 and the inner surface of the vertical portion 31y (the surface facing the front-rear center of the head 10). ing. An elongated plate-shaped support member 37 is fixed to the lower end surface of the vertical piece portion 31y by bolting. The support member 37 slightly protrudes inward from the vertical piece 31y, and the lower and outer corners of the electrode 20 are placed and supported on the protruding portion. The upper pieces 31x of the pair of angle members 31 are opposed to each other via a narrow gap 31a at equal intervals over the entire length region.
[0022]
The cover plate 32 is made of a rigid material such as steel. A slit 32a is formed in the cover plate 32 along the longitudinal direction facing left and right. The slit 32a is continuous with the space 20a between the electrodes 20 via the gap 31a between the angle members 31.
[0023]
As shown in FIGS. 1 and 2, the side plate 33 is formed in a long plate shape from a rigid material such as a steel material, and extends straight in the horizontal direction while turning the width direction up and down. The side plate 33 is addressed to the front and rear outer surfaces (back surface) of the vertical piece portion 31y of the angle member 31, and the upper edge is abutted against the cover plate 32 and is bolted.
[0024]
The electrode holder 30 is provided with an interval adjusting mechanism between the pair of electrodes 20. That is, as shown in FIGS. 1, 2, and 6, the side plate 33 is provided with a plurality of electrode pushing bolts 34 and electrode pulling bolts 35, which are separated from each other in the longitudinal direction. The push bolt 34 (access means of the interval adjusting mechanism) is screwed into the screw hole 33 a of the side plate 33, penetrates the screw hole 33 a, and is abutted against the concave portion 31 c on the back surface of the angle member 31. As a result, it comes into contact with the back surface of the electrode 20 via the angle member 31. By further screwing the push bolt 34, the electrode 20 can be pushed through the angle member 31.
[0025]
As shown in FIGS. 1 and 6, the side plate 33 and the angle member 31 are provided with a plurality of accommodation holes 33b, 31b separated from each other in the longitudinal direction. A stepped tubular pull bolt holder 36 is accommodated in these accommodation holes 33b and 31b. A flange 36 a is provided at an outer end of the bolt holder 36, and the flange 36 a contacts a step 33 c of the receiving hole 33 b of the side plate 33. The bolt holder 36 has a large-diameter hole 36b formed on the outer end side along the central axis thereof, and a small-diameter hole 36c formed on the inner end side. A pull bolt 35 is inserted into these holes 36b and 36c. The head of the pull bolt 35 abuts a step between the holes 36b and 36c, and the legs are screwed into the screw holes 20d of the electrode 20 through the small diameter holes 36c. By tightly screwing the pull bolt 35, the electrode 20 can be pulled (moved away from the other electrode 20). When the electrode 20 is to be pulled toward the other electrode side 20 by Coulomb force or the like, the head of the pull bolt 35 is caught by the step between the holes 36b and 36c of the bolt holder 36, and the flange 36a of the bolt holder 36 Is hooked on the step 33c of the side plate 33 (the head of the pulling bolt 35 is hooked on the side plate 33 via the bolt holder 36), so that the movement (distortion) is prevented.
The pull bolt 35 and the holder 36 cooperate with each other to form “separating means of the gap adjusting mechanism” and also as “inhibiting means for preventing distortion due to Coulomb force of the electrode”.
[0026]
The processing gas is introduced into the space 20 a between the electrodes 20 via the gas supply line 60 and the introduction device 11. As shown in FIG. 1, the gas supply line 60 4 And a tube means 62 for connecting the gas source 61 and the introducing device 11. The tube means 62 has one common tube 63 connected to the processing gas source 61 and four (plural) branch tubes 64 branched from the common tube 63. The branch tube 64 extends so as to occupy most of the length of the tube means 62. The cross-sectional area of the flow passage of each branch tube 64 is a quarter of that of the common tube 63. Therefore, each of the branch tubes 64 can be made thinner, and the drawing can be facilitated. The branch tubes 64 are merged two by two, and the merge tube 65 extends therefrom. The cross-sectional area of the flow passage of each tube 65 is twice as large as that of the branch tube 64. These tubes 65 are connected to the introduction device 11.
[0027]
The introduction device 11 will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the introduction device 11 includes a device main body 12 that is elongated in the left-right direction, and an inner pipe unit 40 (uniform path constituent member) housed in the device main body 12. . The apparatus main body 12 includes a main body 13 in the shape of an elongated container having an upper surface opened, a cap plate 14 fitted into and closing the upper surface opening of the main body 13, and a top plate superimposed on the cap plate 14. 15.
[0028]
As shown in FIG. 1 to FIG. 3 and FIG. 4A, a pair of end pieces 16 are provided on the left and right ends on the upper surface of the top plate 15, and a center piece 17 is provided at the center. Between each end piece 16 and the center piece 17, two upper pipes 51, 52 extending left and right are arranged back and forth two by two. The left and right rear upper pipes 51 are arranged in a straight line with each other with the center piece 17 interposed therebetween, and the front upper pipes 52 are arranged in a straight line with each other.
[0029]
The left and right end pieces 16 are formed with gas receiving ports 16a connected to the rear upper pipe 51, respectively. One tube 65 of the gas supply line 60 is connected to the left receiving port 16a, and the other tube 65 is connected to the right receiving port 16a. As a result, the processing gas from the gas source 61 is guided from each port 16a into the upper pipe 51 and flows toward the center piece 17.
[0030]
As shown in FIG. 4A, a communication hole 17a is formed in the center piece 17 to allow the insides of the four upper pipes 51 and 52 to communicate with each other. As a result, the processing gases from the two rear upper pipes 51 merge into the holes 17a, are then guided into the two front upper pipes 52, and flow toward the left and right ends.
[0031]
As shown in FIG. 2, a pair of end blocks 18 are provided on left and right end plates of the main body 13. The end block 18 is abutted on the lower surface of the end piece 16. As shown in FIGS. 1 and 3 to 5, the left and right end pieces 16 and the end block 18 are formed with a bent path 12 a extending from the upper pipe 52. That is, as shown in FIG. 3 and FIG. 4A, the end piece 16 has a path 16 b which is linearly connected to the inside of the front upper pipe 52, and a path extending downward from the path 16 b and reaching the lower surface of the end piece 16. 16c are formed. As shown in FIGS. 3 and 4B, an oval concave portion extending in the front-rear direction is formed on the upper surface of the end block 18, and the path 12 b is formed by the oval concave portion and the lower surface of the end piece 16. Have been. The road 16c is connected to the front end of the road 12b. As shown in FIGS. 3 and 4B and 4C, the end block 18 has a path 18b extending downward from the rear end of the path 12b. As shown in FIG. 3 and FIG. 5A, the left end block 18 is formed with a path 18c extending forward from the lower end of the path 18b. On the other hand, the right end block 18 has a path 18c 'extending rearward from the lower end of the path 18b. As described later, these left and right paths 18c, 18c 'are respectively connected to pipes 41, 42 before and after the inner pipe unit 40.
[0032]
The inner pipe unit 40 will be described.
As shown in FIG. 1, FIG. 3, and FIG. 5A, the unit 40 includes two inner pipes (uniform paths) 41, 42 extending left and right and arranged in front of each other, and the inner pipes 41, 42. Holding plates 43 and 44 for sandwiching 42 from above and below. Left and right ends of the inner pipes 41 and 42 are supported by left and right end plates of the main body 13. As shown in FIGS. 3 and 5A, the left end of the front inner pipe 41 is connected to the path 18 c of the left end block 18. On the other hand, the right end of the front inner pipe 41 is closed. As shown in FIG. 5A, the right end of the rear inner pipe 42 continues to the path 18c 'of the right end block 18, and the left end is closed.
[0033]
As shown in FIG. 1, FIG. 3 and FIG. 5A, small leak holes 41a and 42b penetrating from the inner peripheral surface to the outer peripheral surface are formed on the upper portions of the inner pipes 41 and 42 in the circumferential direction. , 42 are formed at short intervals over substantially the entire length area.
[0034]
As shown in FIG. 1, the upper and lower holding plates 43 and 44 straddle between the front and rear inner pipes 41 and 42, respectively. These holding plates 43 and 44 are connected by bolts 45 passed between the inner pipes 41 and 42, and thus hold the inner pipes 41 and 42. As shown in FIGS. 1, 3, and 4 (c), the upper sandwiching plate 43 has a large number of leak holes 43 a connected to the holes 41 a, 42 a of the inner pipes 41, 42. These leak holes 43a are opened on the upper surface of the holding plate 43.
[0035]
As shown in FIGS. 1 and 3, between the cap plate 14 and the upper holding plate 43 of the apparatus main body 12, an upper chamber (a first-stage uniform chamber) 11 a that is elongated in the left and right directions is formed. The hole 43a of the holding plate 43 and the leak holes 41a and 42a of the inner pipes 41 and 42 are connected to the chamber 11a.
[0036]
As shown in FIGS. 1, 4C and 5A, gaps 11c (communication passages) are formed between the front and rear side walls of the main body 13 and the inner pipes 41 and 42, respectively. . The gap 11c has the same thickness and is very narrow over the entire length of the inner pipes 4 and 42.
[0037]
As shown in FIGS. 1, 3 and 5 (b), between the lower holding plate 44 and the bottom plate of the main body 13, a lower left and right elongated lower chamber (uniformization of the second and final stages). A chamber 11b is formed. The lower chamber 11b is connected to the upper chamber 11a via a gap 11c.
[0038]
As shown in FIGS. 1 and 5 (b), a slot 13a is formed at the center of the bottom plate of the main body 13 in the width direction (front-back direction) so as to extend over the entire left and right direction. The groove 13a is wider on the upper surface of the bottom plate of the main body 13 and becomes narrower toward the lower surface. The hole 13a is connected to the plasma space 20a between the pair of electrodes 20 via the slit 32a and the gap 31a of the electrode holder 30. The holes 13a, the slits 32a, and the gaps 31a form holes 10a for introducing the processing gas into the plasma generating space 20a.
[0039]
The operation of the plasma processing apparatus S1 configured as described above will be described.
The processing gas from the gas source 61 passes through the common tube 63 and is divided into four by the branch tube 64, and then flows into the two tubes 65 by merging two each. After passing through these tubes 65, they are introduced into the left and right ports 16a of the nozzle head 10 and flow through the left and right rear upper pipes 51 toward the center of the device 11, respectively. Then, after merging into one in the communication hole 17 a of the center piece 17, the flow is divided into approximately half, guided to the left and right front upper pipes 52, and flows toward the left and right ends. Furthermore, it is bent at right angles a plurality of times on the left and right bending paths 12a. As described above, the processing gas flow can be leveled by repeating the branching, merging, and bending.
[0040]
The processing gas flows after passing through the left and right bent paths 12a are sent into the inner pipes 41 and 42, respectively. The processing gas entering the front inner pipe 41 from the left bent path 12a flows to the right inside the pipe 41, passes through the leak holes 41a, 43a arranged in this flow direction, and the upper chamber 11a (outside the uniform path). Leaks gradually to. Similarly, the processing gas entering the rear inner pipe 42 from the right bent path 12a gradually flows to the upper chamber 11a (outside the uniform path) through the leak holes 42a and 43a while flowing inside the pipe 42 to the left. Get out. At this time, in each of the pipes 42, the flow rate and the flow velocity of the processing gas gradually change along the flow. However, the above-mentioned tendency is canceled by mutually flowing the processing gas through the two pipes 42. Can be. Thereby, the processing gas can be substantially uniformly introduced into the upper chamber 11a in the left-right direction. Since the upper chamber 11a has a sufficiently large volume, the processing gas can be temporarily set to a static pressure in the chamber 11a.
[0041]
Further, the processing gas flows from the entire length of the upper chamber 11a to the lower chamber 11b through the narrow gap 11c. At this time, a pressure loss occurs in the gap 11c, and the gas having a high pressure tends to flow into a lower pressure. Thereby, the gas flow can be sent to the lower chamber 11b with more uniformity in the left-right direction. The processing gas becomes static pressure again in the chamber 11a. Then, it is guided from the chamber 11b to the introduction hole 10a. Thereby, a uniform processing gas flow in the left-right longitudinal direction can be introduced into the space 20a between the opposing surfaces from between the upper edges of the pair of electrodes 20.
[0042]
On the other hand, a pulse voltage from the pulse power supply 1 is applied between the electrodes 20, and a pulse electric field is formed in the space 20a. As a result, glow discharge occurs in the space 20a, and the processing gas is turned into plasma. Since the processing gas is made uniform in the left-right direction, the plasma can also be made uniform in the left-right direction. The uniform plasma flow is blown onto the work W from the blowout holes 20x, so that the upper surface of the work W can be subjected to a uniform surface treatment.
[0043]
In addition, even if a Coulomb attractive force acts between the electrodes 20 due to the applied electric field, the head of the pull bolt 35 screwed into the electrode 20 is hooked on the side plate 33 via the bolt holder 36, and the other electrode 20 Can be prevented from being pulled toward. Thereby, the bending of the electrodes 20 can be prevented, and the gap between the electrodes 20, that is, the thickness of the plasma-forming space 20a can be maintained uniform. As a result, the plasma flow can be more reliably and uniformly blown along the longitudinal direction of the electrode 20, and a uniform surface treatment can be performed more reliably.
[0044]
In the plasma head nozzle 10, by adjusting the push-pull bolts 34 and 35, even if the electrode 20 is distorted due to the thermal spraying process of the solid dielectric layer 21 or the polishing process of the reference surface during the manufacturing process of the electrode 20, The distortion of the electrode 20 can be eliminated, and the thickness of the plasma space 20a can be surely made uniform. As a result, the blown plasma flow can be more reliably made uniform, and a more uniform surface treatment can be performed. Further, the thickness of the space 20a can be increased to facilitate gas flow, and the thickness of the space 20a can be reduced to facilitate glow discharge.
[0045]
Next, another embodiment of the present invention will be described. In the following embodiments, the same configurations as those in the above-described embodiments are denoted by the same reference numerals in the drawings, and description thereof is omitted.
7, 8, and 9 show a remote type plasma processing apparatus S2 according to a second embodiment of the present invention. The plasma nozzle head 10 of the apparatus S2 is provided inside the apparatus body 12 in the shape of a container that is elongated on the left and right of the processing gas introduction apparatus 11, as a “uniformizing path constituent member” instead of the pipe unit 40 of the first embodiment, An inner cylinder 40X having a square cross section is accommodated. The inner cylinder 40 </ b> X extends in the same direction as the apparatus main body 12, and both ends are abutted and joined to left and right end plates of the apparatus main body 12. The left and right end plates of the apparatus main body 12 are provided with processing gas receiving ports 16a, respectively. These ports 16a are connected to the inner cylinder 40X.
[0046]
An oblique partition plate 46 extending diagonally from the front corner at the left end to the rear corner at the right end is provided inside the inner cylinder 40X. The inside of the inner cylinder 40X is partitioned by the oblique partition plate 46 into two equalizing paths 42x and 41x in front and rear, each of which forms a slender triangular shape in a plan view, which are opposite to each other. The rear equalizing path 41x is connected to the processing gas receiving port 16a on the left side at the left end, and the cross-sectional area of the flow path gradually decreases toward the right side. The front uniforming path 42x is connected to the processing gas receiving port 16a on the right side at the right end, and the cross-sectional area of the flow path gradually decreases toward the left side.
[0047]
Many small leak holes 40a are formed in the entire upper plate of the inner cylinder 40X so as to be aligned in the left-right longitudinal direction and the front-rear width direction. Through these leak holes 40a, two equalizing paths 42x and 41x are connected to the chamber 11a above the inner cylinder 40X.
The gap 11c between the front and rear side plates of the apparatus body 12 and the inner cylinder 40X has a vertical length corresponding to the height of the inner cylinder 40X.
[0048]
According to the second embodiment, the processing gas is sent from the left and right ports 16a into the paths 41x and 42x, and sequentially leaks from the leak holes 40a into the upper chamber 11a. At this time, since the cross-sectional area of each of the passages 41x and 42x is gradually reduced along the flow direction of the processing gas, the internal pressure of each of the passages 41x and 42x can be kept substantially constant, and the leak hole 40a can be maintained. The flow rate of gas leaking from the upper chamber 11a to the upper chamber 11a can be kept substantially constant. The processing gas that has reached the upper chamber 11a then passes through the gap 11c. Since the gap 11c is vertically elongated by the height of the inner cylinder 40X, a pressure loss can be reliably generated, and the gas flow can be more reliably uniformized in the left-right longitudinal direction. The uniformized processing gas is introduced into the space 20a between the electrodes 20 from the introduction hole 10a through the chamber 11b below the inner cylinder 40X, and is blown onto the work W as a plasma flow.
[0049]
FIGS. 10 and 11 show a direct plasma processing apparatus S3 according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, a pair of electrodes 20 are separated from the nozzle head 10 and have a parallel plate shape facing vertically. A work W in the form of a film is interposed between the electrodes 20, for example, and is sequentially fed forward (to the right in FIG. 10) by the roll-type moving mechanism 3X. In the processing gas introduction device main body 12 of the nozzle head 10, a processing gas introduction hole 10a (blow-out hole) is arranged at the bottom rear corner facing the electrode 20 so as to face the diagonally lower interelectrode space 20a. I have.
[0050]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
For example, the homogenizing chamber is not limited to two stages, and may be provided in three or more stages.
The leak hole of the equalizing path may have a continuous slit shape over substantially the entire length of the equalizing component.
A large number of the processing gas introduction holes 10a may be arranged in the longitudinal direction of the electrode 20 in a small hole shape.
The communication paths communicating the equalization chambers at the front and rear stages may be formed in small holes (spots) and arranged at equal pitches in the longitudinal direction of these chambers.
[0051]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described.
Example 1
(1) Process gas introduction
Using the apparatus S2 shown in FIGS. 7 to 9, the flow velocity distribution when the processing gas was sent into the plasma-forming space 20a was measured. As the main body 12 of the processing gas introduction device 11, a box-shaped body having a front and rear width of 32 mm, a height of 75 mm and a left and right length of 230 mm was prepared. Inside the apparatus main body 12, an inner cylinder 40X measuring 30 mm in front and rear width × 30 mm in height × 230 mm in left and right length was installed. The inside of the cylinder 40X is divided obliquely by a partition plate 46 to form two opposed flow paths 41x and 42x, each of which is connected to a 7 mmφ circular processing gas receiving port 16a. As the upper plate of the inner cylinder 40X, a perforated plate in which 22 1 mmφ leak holes 40a were opened in four rows was used. The distance between this and the upper plate of the apparatus body 12, that is, the vertical height of the upper chamber 11a was 30 mm. The thickness of the gap 11c is 1 mm, and the vertical height of the lower chamber 11b is 15 mm. A slit-shaped introduction hole 10a having a height of 5 mm and a width of 2 mm was formed at the bottom of the apparatus body 12.
As processing gas, dry air was sent from the left and right ports 16a to the equalizing paths 41x and 42x, respectively, at 10 L / min, for a total of 20 L / min. Then, the flow velocity was measured at 11 locations at intervals of 20 mm along the longitudinal direction of the introduction hole 10a.
As a result, the variation of the flow rate was ± 2.0%. Here, the flow velocity variation was determined by the following equation.
Flow velocity variation = (maximum flow velocity-minimum flow velocity) / average flow velocity
[0052]
(2) Discharge plasma treatment
Next, a pair of electrodes 20 is attached to the lower side of the processing gas introducing device 11 of the above (1), a processing gas is introduced into the inter-electrode space 20a, and the plasma is formed by turning the workpiece W into a plasma. Was performed. A 25 mm × 20 mm × 240 mm SUS rod was used as the electrode 20, and alumina was sprayed on the surface to a thickness of 1 mm. The distance between the pair of electrodes 20, that is, the thickness of the plasma forming space 20a was 2 mm. An 8-inch silicon wafer was placed at a distance of 2 mm from the outlet 20x. As the processing gas, a mixture of oxygen 15 L / min and nitrogen 5 L / min mixed with vaporized TEOS at a rate of 0.2 g / min is supplied from the left and right ports 16 a to the equalizing paths 41 x and 42 x respectively. Sent. Then, under a pressure of 95 kPa, a pulse rising speed between the electrodes 20 is 5 μs, a frequency is 5 kHz, and V PP = 20 kV, the head 10 was moved at 100 mm / min, and SiO 2 was placed on the work W made of an 8-inch silicon wafer. 2 A film was formed.
Obtained SiO 2 When the thickness of the film was measured at 600 points using an ellipsometer, the variation in the film thickness was ± 3.2%. Here, the film thickness variation was determined by the following equation.
Film thickness variation = (film thickness maximum value-film thickness minimum value) / film thickness average value
[0053]
Comparative Example 1
As a comparative example, a processing gas introduction device 11 'shown in FIGS. 12 and 13 was prepared. The size of the box-shaped main body 12 of the introduction device 11 ′ is 32 mm in front and rear width × 75 mm in height × 230 mm in left and right length, one processing gas receiving port 16 a is arranged only on the left end plate, and the oblique partition plate 46 is The main body 12 was provided so as to be inclined downward from the upper left corner to the right. The right end of the diagonal partition plate 46 was positioned 28 mm below the upper plate of the main body 12, and a horizontal plate 47 was provided at the same height as this. As the horizontal plate 47, a perforated plate in which 22 1 mmφ leak holes 47a were opened in four rows was used. 28 mm below the horizontal plate 47, a baffle plate 48 is horizontally spanned between the left and right end plates of the apparatus main body 12, and the space between the baffle plate 48 and the horizontal plate 37 is defined as an upper chamber 11a. The lower chamber 11b was defined as the space between the lower chamber 12 and the bottom plate 12. A 1 mm wide gap 11c was formed between the front and rear side edges of the baffle plate 48 and the front and rear side plates of the apparatus main body 12. In the bottom plate of the apparatus main body 12, a slit-like introduction hole 10a having a height of 5 mm and a width of 2 mm was formed.
As a processing gas, 20 L / min of dry air was sent from the port 16a to the single homogenizing path 41x. Then, as in Example 1 (1), the flow velocity was measured at 11 locations at intervals of 20 mm along the longitudinal direction of the introduction hole 10a.
As a result, the variation of the flow rate was ± 5.2%.
Next, a plasma discharge treatment was performed in the same manner as in Example 1 (2). As a result, the variation in the film thickness was ± 4.5%.
[0054]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, thereby, the processing gas flow can be sufficiently uniformized in the direction along the longitudinal side edge of the electrode, and thus, the dispersion of the surface treatment can be reliably eliminated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side sectional view of a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view of a plasma head nozzle of the plasma processing apparatus.
FIG. 3 is a front sectional view of the plasma head nozzle taken along line III-III in FIG. 1;
FIG. 4 (a) is a plan sectional view of the processing gas introduction device of the plasma head nozzle taken along the line IVA-IVA of FIG. FIG. 4B is a plan cross-sectional view of the processing gas introduction device of the plasma head nozzle taken along line IVB-IVB in FIG. 1. FIG. 4C is a plan cross-sectional view of the processing gas introduction device of the plasma head nozzle taken along line IVC-IVC in FIG. 1.
5 (a) is a plan sectional view of the processing gas introduction device of the plasma head nozzle taken along the line VA-VA of FIG. 1; FIG. 2B is a plan cross-sectional view of the processing gas introduction device of the plasma head nozzle taken along line VB-VB in FIG. 1.
FIG. 6 is a plan sectional view of an electrode holder of the plasma head nozzle taken along line VI-VI in FIG. 1;
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a plasma nozzle head of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
8 is a side sectional view of the gas introduction device of the plasma nozzle head according to the second embodiment, taken along line VIII-VIII in FIG. 7;
FIG. 9 is a plan sectional view of the gas introduction device of the second embodiment, taken along line IX-IX in FIG. 7;
FIG. 10 is a side sectional view schematically showing a plasma processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view schematically showing a gas introduction device of the plasma processing apparatus according to the third embodiment.
FIG. 12 is a perspective view schematically showing a gas introduction device used in a comparative example.
FIG. 13 is a side sectional view of the comparative example device, taken along line XIII-XIII of FIG.
[Explanation of symbols]
W Work (object to be processed)
S1 to S3 Plasma processing device
1 pulse power supply (electric field application means)
10 Plasma nozzle head
10a Gas inlet
11 Process gas introduction device
11a Upper chamber (first chamber)
11b Lower chamber (2nd and final chamber)
11c Clearance (communication passage)
12 Main unit
20 long electrodes
20a Plasma conversion space (space between opposing surfaces of electrodes)
20x outlet
30 electrode holder
40 Inner pipe unit (uniform road component)
40X inner cylinder (uniform road component)
40a leak hole
41 Front inner pipe (equalizing path)
41a, 42a, 43a Leakage hole
41x, 42x equalization path
42 Rear inner pipe (Equalizing path)
46 Diagonal partition
60 Processing gas source

Claims (6)

長手側縁を有する1の面どうしが互いに平行をなして対向する一対の電極と、処理ガス源と、この処理ガス源からの処理ガスを上記一対の電極の長手側縁どうしの間から対向面間へ導くガス導入装置と、上記電極間に電界を印加することにより上記導入装置からの処理ガスを上記対向面間においてプラズマ化させる電界印加手段とを備え、
上記ガス導入装置が、上記処理ガス流の略半分ずつを上記電極の長手側縁と平行な方向に沿って互いに対向するように流しながら周側部の略全長域から路外へ漸次漏らす一対の均一化路と、各々上記平行方向に沿う細長状をなすとともに段ごとに1又は複数の連通路で連通された複数段の均一化チャンバーとを有し、
1段目の均一化チャンバーが、上記一対の均一化路の路外空間を構成し、
各連通路が、連通すべき前後の段の均一化チャンバーの略全長域に及ぶスリット状又は複数のスポット状をなし、
最終段の均一化チャンバーには、上記電極の長手側縁どうし間の略全長域に臨む処理ガス導入孔が設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
A pair of electrodes whose longitudinal sides are parallel to each other and facing each other, a processing gas source, and a processing gas from the processing gas source facing the longitudinal surfaces of the pair of electrodes between the longitudinal sides. A gas introduction device that guides between the electrodes, and an electric field application unit that converts the processing gas from the introduction device into plasma between the facing surfaces by applying an electric field between the electrodes,
A pair of the gas introducing device, which gradually leaks from the substantially full length area of the peripheral side portion to the outside while flowing approximately half of the processing gas flow so as to face each other along a direction parallel to the longitudinal side edge of the electrode. A uniformizing path, having a plurality of equalizing chambers each having an elongated shape along the parallel direction and communicating with one or more communication paths for each stage,
The first-stage equalization chamber forms an off-road space of the pair of equalization paths,
Each communication passage has a slit shape or a plurality of spot shapes covering substantially the entire length of the equalization chamber of the stage before and after the communication,
A plasma processing apparatus, characterized in that a processing gas introduction hole is provided in a final stage of the homogenization chamber and extends substantially over the entire length region between the longitudinal side edges of the electrode.
上記ガス導入装置が、上記平行方向に沿う細長状の装置本体の内部に、上記一対の均一化路を構成する部材を上記平行方向へ架け渡すように収容してなり、
この均一化路構成部材を挟んで上記電極とは逆側の装置本体内が、上記1段目の均一化チャンバーとして提供され、上記電極の側の装置本体内が、2段目かつ最終段目の均一化チャンバーとして提供され、更に、装置本体と均一化路構成部材との上記電極どうしの対向方向に沿って両側の隙間が、狭隘になって上記連通路として提供されていることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
The gas introduction device is housed inside the elongated device main body along the parallel direction so as to bridge the members forming the pair of equalization paths in the parallel direction,
The inside of the device main body on the opposite side of the electrode with respect to the uniformizing path constituting member is provided as the first stage homogenizing chamber, and the inside of the device main body on the electrode side is the second stage and the final stage. Further, the gap on both sides along the direction in which the electrodes of the apparatus body and the equalizing path constituting member face each other is narrowed and provided as the communication path. The plasma processing apparatus according to claim 1.
上記一対の均一化路を構成する部材が、上記平行方向に延びるとともに互いに上記電極どうしの対向方向に並んで配された一対のパイプを含み、各パイプの管壁の略全長域に上記1段目の均一化チャンバーに通じる漏れ孔が形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の記載のプラズマ処理装置。The member forming the pair of equalizing paths includes a pair of pipes extending in the parallel direction and arranged side by side in a direction opposite to each other, and the first stage is provided in a substantially entire length of a pipe wall of each pipe. 3. The plasma processing apparatus according to claim 1, wherein a leak hole communicating with the eye uniforming chamber is formed. 上記均一化路の流路断面積が、ガスの流れ方向に沿って次第に小さくなっていることを特徴とする請求項1〜3の何れかに記載の記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein a flow path cross-sectional area of the uniformizing path is gradually reduced along a gas flow direction. 上記処理ガスが、分流と合流を繰り返させられ、更に複数回にわたって折曲されたうえで、上記均一化路へ導かれることを特徴とする請求項1〜4の何れかに記載のプラズマ処理装置。The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein the processing gas is repeatedly split and merged, further bent a plurality of times, and then guided to the equalizing path. . 上記ガス導入装置と上記一対の電極を支持する電極ホルダとが一体に連なっており、上記一対の電極の対向面における導入装置とは逆側の長手側縁どうしの間が、上記プラズマ化された処理ガスを被処理物に吹き付ける吹出し孔となっていることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載のプラズマ処理装置。The gas introduction device and an electrode holder that supports the pair of electrodes are integrally connected, and between the longitudinal edges on the opposite surfaces of the pair of electrodes opposite to the introduction device, the plasma is formed. The plasma processing apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein the processing gas is a blowout hole for blowing a processing gas to a processing object.
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