JP2004228136A

JP2004228136A - プラズマ処理装置

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Publication number: JP2004228136A
Application number: JP2003011059A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yashiro; 進屋代; Ikuya Hirokado; 郁哉廣門
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12
Anticipated expiration: 2023-01-20
Also published as: JP4383057B2

Abstract

【課題】常圧プラズマ処理装置において、一の電極を小さな力で安全に移動できるようにするとともに電極間への基材の出し入れを容易化する。
【解決手段】常圧プラズマ処理装置Ｍは、上下一対の第１、第２電極ユニット１０，２０と移動機構３０を備えている。移動機構３０によって、第１電極が、第２電極の上方に対向させる処理位置と第２電極から水平にずらした退避位置との間で水平に相対移動可能になっている。処理位置の第１電極と第２電極との間で、基材Ｗの表面処理が行なわれる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、略常圧下において、電極間に処理ガスを導入するとともに電界印加によりプラズマ化し、電極間に配置した基材の洗浄、成膜などの表面処理を行なう装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、特許文献１には、一対の電極を上下に対向配置し、略常圧下において、これら電極間に処理ガスを導入するとともに電界を印加してプラズマを形成することにより、下側の電極上に載せた基材を表面処理する装置が記載されている。この特許文献１に記載の一対の電極は、何れも移動不能に固定されている。
【０００３】
特許文献２には、上下の電極のうち、上側の電極が上下動可能になった装置が記載されている。上側の電極を上方に離したうえで下側の電極に基材をセットしたり処理後の基材を取り出したりするようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０４０３５８号公報（第７頁、第８図）
【特許文献２】
特開２００２−１２６６７５号公報（第１頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上掲特許文献１のような両電極固定の装置では、電極間距離を狭く設定すればするほど、下側電極への基材配置が困難になる。一方、上掲特許文献２のような上側電極上下動の装置では、上側電極を持ち上げるのに力を要する。また、上側電極が下降するとき電極間に誤って指を置いていると挟まれるおそれがある。
【０００６】
【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、本発明は、略常圧下において処理ガスを電界でプラズマ化（イオン状態だけでなくラジカル状態も含む）して基材の表面を処理するプラズマ処理装置であって、上記電界を形成するための上下一対の第１、第２電極と、第１電極を第２電極の上方に対向させる処理位置と第２電極から水平にずらした退避位置との間で水平に相対移動させる移動機構とを備え、処理位置の第１電極と第２電極との間で上記表面処理が行なわれることを特徴とする。
【０００７】
上記特徴によれば、たとえ電極間の隙間が狭くても、第１電極を退避位置に位置させることによって、基材のセットや取り出しを容易に行うことができる。しかも、第１電極を相対移動させるのに必要な力が、ほぼスライド抵抗の分だけで済み、上掲特許文献２の装置のような上下動する場合と比べ、小さな力で楽に移動させることができる。また、処理位置への移動の際に下側の第２電極上に誤って手を置いていたとしても、上下の電極間に挟まれないようにすることができ、安全性を高めることができる。
【０００８】
上記移動機構が、上記第２電極に沿って水平に配されたガイドレールと、このガイドレールにスライド可能に取り付けられるとともに上記第１電極に連結されたスライド部材とを含むことが望ましい。これによって、移動機構の構造を簡素化できる。また、移動機構によって上側の第１電極の支持機構を兼ねさせることができる。
【０００９】
上記第１電極が処理位置にあるか否かを検出する検出手段と、処理位置にあるときのみ上記表面処理の実行を許容する処理許否手段とを備えていることが望ましい。これによって、誤動作を防止でき、信頼性を高めることができる。
【００１０】
上記第１電極に正側のみのパルス電圧を供給することにより第１、第２電極間に上記プラズマ化のための電界を形成する電界印加手段が接続され、上記第２電極が接地されていることが望ましい。これによって、アーク放電が起きた場合、専ら下側の第２電極が傷むようにして、第２電極について点検、補修などのメンテナンスをすれば第１電極については殆どしなくても済むようにできる。そして、移動機構によって第１電極を退避させると、第１電極に妨げられることなく第２電極を簡単に点検、補修することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図は、薄板状の基材Ｗの上面を洗浄（表面処理）するための常圧プラズマ処理装置Ｍを示したものである。図３に示すように常圧プラズマ処理装置Ｍは、前後に細長い基台３と、この基台３に設置された電極ユニット１０，２０と移動機構３０を備えている。
【００１２】
図１および図２に示すように、電極ユニット１０，２０は、上下に対をなしている。下側のアース電極ユニット２０は、アース電極２１（第２電極）と、電極ホルダ２２と、誘電体板２３とを有している。電極ホルダ２２は、厚板状をなして基台３上の前側部に固定されている。図１、図２、図４に示すように、電極ホルダ２２の上面には、深い四角形の凹部２２ｘと、その周縁に沿う極めて浅い凹部２２ｙと、凹部２２ｙの前後の縁から電極ホルダ２２の前後の側面へ至る更に極浅の凹部２２ｚとが形成されている。
【００１３】
凹部２２ｘには、四角形板状をなす上記アース電極２１が埋め込まれている。図２に示すように、アース電極２１は、接地線２ａを介して接地されている。図１に示すように、アース電極２１の内部には、冷却路（または温調路）２１ａが形成されている。この路２１ａに冷媒が通されることにより、アース電極２１が冷却（または温調）されるようになっている。
【００１４】
アース電極２１の上面には、固体誘電体層として上記誘電体板２３が被せられている。誘電体板２３は、例えば石英で構成されている。誘電体板２３の周縁部は、アース電極２１より突出しており、この周縁突出部分が、電極ホルダ２２の凹部２２ｙに収められている。図２に示すように、誘電体板２３の上面は、凹部２２ｚの底面と面一をなしている。
【００１５】
図１および図２に示すように、上側のホット電極ユニット１０は、ホット電極１１（第１電極）と、電極ホルダ１２と、誘電体板１３と、ビーム１４を有している。電極ホルダ１２の上面に、ビーム１４が左右に延びるようにして固定されている。図１に示すように、ビーム１４の両端部は、電極ホルダ１２より左右に突出されている。このビーム１４の両端突出部分が、追って詳述する支持機構を兼ねた移動機構３０を介して基台３に支持されている。図２および図３に示すように、ビーム１４の前面の長手方向中央部には、把持部１４ａが設けられている。
【００１６】
図１、図２、図５に示すように、電極ホルダ１２の下面には、深い四角形の逆さ凹部１２ｘと、その周縁に沿う極めて浅い逆さ凹部１２ｙと、凹部１２ｙの前後の縁から電極ホルダ１２の前後の側面へ至る更に極浅の逆さ凹部１２ｚとが形成されている。
【００１７】
凹部１２ｘには、四角形板状をなす上記ホット電極１１が埋め込まれている。図２に示すように、ホット電極１１は、給電線１ａを介してパルス電源１（電界印加手段）に接続されている。パルス電源１は、正側のみのパルス状電圧を所定周期でホット電極１１に供給するようになっている。
【００１８】
図１に示すように、ホット電極１１の内部には、冷却路（または温調路）１１ａが形成されている。この路１１ａに冷媒が通されることにより、ホット電極１１が冷却（または温調）されるようになっている。
【００１９】
図１、図２、図５に示すように、ホット電極１１の下面は、固体誘電体層として上記誘電体板１３で覆われている。誘電体板１３は、例えば石英で構成されている。誘電体板１３の周縁部は、ホット電極１１より突出しており、この周縁突出部分が、凹部１２ｙに収められている。図２に示すように、誘電体板１３の下面は、逆さ凹部１２ｚの上底面と面一をなしている。
【００２０】
後述する処理位置（ホット電極ユニット１０がアース電極ユニット２０の真上に位置する状態）において、電極ホルダ１２の下面と電極ホルダ２２の上面との左右両側部どうし間には、例えば厚さ１〜２ｍｍ程度の隙間が形成されるようになっている。また、中央の誘電体板１３，２３どうし間には、例えば厚さ３〜５ｍｍ程度の隙間（プラズマ化空間）が形成されるようになっている。
【００２１】
ホット電極ユニット１０には、処理ガス導入手段が一体に形成されている。すなわち、図２に示すように、ホット電極ユニット１０の電極ホルダ１２の前側部には、処理ガスインレットポート１５が設けられている。このインレットポート１５に、フレキシブルなガスチューブ５ａを介して処理ガス源５が接続されている。また、図２および図５に示すように、電極ホルダ１２の前側の内部には、インレットポート１５から延びる処理ガス路１２ａが形成されている。処理ガス路１２ａは、チャンバー１２ｂと、ノズル孔１２ｃとを有している。チャンバー１２ｂは、左右に細長くなっている。ノズル孔１２ｃは、チャンバー１２ｂの全長域にわたるスリット状をなしてチャンバー１２ｂの下隅から下方へ向かうにしたがってホット電極１１へ近づくように斜めに延び、電極ホルダ１２の下面に開口している。このノズル孔１２ｃの開口は、誘電体板１３の前側の縁に沿うようにしてその近傍に配されている。
【００２２】
ホット電極ユニット１０には、更に、カーテンガス導入手段が一体に形成されている。すなわち、図１に示すように、電極ホルダ１２の左右両側部には、一対のカーテンガスインレットポート１６が設けられている。これらインレットポート１６に、フレキシブルなガスチューブ６ａを介してカーテンガス源６が接続されている。なお、ガスチューブ６ａは、途中で２本に分岐して左右のインレットポート１６へそれぞれ延びている。また、図１および図５に示すように、電極ホルダ１２の左右両側の内部には、インレットポート１６から延びるカーテンガス路１２ｄがそれぞれ形成されている。カーテンガス路１２ｄは、チャンバー１２ｅと、ノズル孔１２ｆとを有している。チャンバー１２ｅは、前後に細長くなっている。ノズル孔１２ｆは、チャンバー１２ｅの全長域にわたるスリット状をなしてチャンバー１２ｅの下隅から下方へ向かうにしたがってホット電極１１へ近づくように斜めに延び、電極ホルダ１２の下面に開口している。このノズル孔１２ｆの開口は、誘電体板１３の左右に縁に沿うようにしてその近傍に配されている。
【００２３】
なお、上記処理ガス源５には、洗浄用処理ガスとして例えばＮ_２、Ｏ_２、またはＣＦ_４などが貯えられている。また、上記カーテンガス源６には、カーテンガスとして例えばＮ_２などの不活性ガスが貯えられている。なお、カーテンガスを処理ガスと同一のガスとし、２つのガス源５，６に共通の単一ガス源を用いることにしてもよい。
【００２４】
図２に示すように、プラズマ処理装置Ｍには、使用済みの処理ガスおよびカーテンガスの吸引排気機構が備えられている。すなわち、アース電極ユニット２０より後側の基台３の上面には、ダクト部材４０が設けられている。ダクト部材４０は、蓋形状をなし、基台３の上面と協働して吸込みダクト４１を形成している。吸込みダクト４１は、前方へ開口するとともに、吸引路４ａを介して真空ポンプ４に連なっている。
なお、ダクト部材４０の上面は、ホット電極ユニット１０の電極ホルダ１２の下面より下側に位置している。
【００２５】
本発明の最も特徴的な要素である移動機構３０について説明する。
図１および図３に示すように、移動機構３０は、左右一対のガイドレール３２とスライド部材３１を有している。ガイドレール３２は、電極ユニット１０，２０の左右側方に前後方向へ延びるようにして水平に配置されている。また、図３に示すように、ガイドレール３２は、固定の電極ユニット２０よりも後方へ大きく延出されている。ガイドレール３２の前後両端部は、基台３に立設された支柱３３によって支持されている。前側の支柱３３には、処理位置センサ３４（検出手段）が設けられている。
【００２６】
左右のガイドレール３２の各々に、スライド部材３１が前後スライド可能に嵌合されている。各スライド部材３１の上端部に、ホット電極ユニット１０のビーム１４の両端部が固定されている。
【００２７】
これによって、移動機構２０は、ホット電極ユニット１０を、最も前側の処理位置（図３）と最も後側の退避位置（図４）との間で前後に水平移動可能に支持している。図１〜図３に示すように、ホット電極ユニット１０は、処理位置においてアース電極ユニット２０の真上に対向配置されるようになっている。このとき、図３に示すように、スライド部材３１の前側面に設けられた凸部３５が、前側の支柱３３の処理位置センサ３４の凹部に嵌まり込むようになっている。これにより、センサ３４がオンされ（勿論オフされるようになっていてもよい）、ホット電極ユニット１０が処理位置に正確に位置されたことが検出されるようになっている。
【００２８】
センサ３４のオン信号は、装置Ｍ全体の動作を管理するコントローラ７（図２）に入力されるようになっている。コントローラ７（処理許否手段）は、センサ３４がオンになっているときのみ、処理ガスやカーテンガスの供給、および電源１からの電圧供給を許容するようになっている。また、センサ３４がオフの時（ホット電極ユニット１０が処理位置に位置していない時）に、作業者がガス供給や電圧供給などの運転操作を行なった場合には、図示しないブザーやランプなどの警報手段を介してアラームを出力するようになっている。さらに、装置Ｍには、センサ３４に対応してオンオフするランプなどの電極位置表示手段（図示せず）が設けられており、ホット電極ユニット１０が処理位置に正確に位置されているか否かを、作業者に報知できるようになっている。
【００２９】
図４に示すように、ホット電極ユニット１０は、退避位置では、アース電極ユニット２０より後方にずれて配置されるようになっている。これによって、アース電極ユニット２０が、露出されるようになっている。
【００３０】
上記のように構成された常圧プラズマ処理装置Ｍを用いて基材Ｗを洗浄処理する手順を説明する。
洗浄処理すべき基材Ｗを装置Ｍにセットする。このセット工程では、ホット電極ユニット１０を退避位置に位置させてアース電極ユニット２０を露出させる。これによって、ホット電極ユニット１０に邪魔されることなく、アース電極ユニット２０の誘電体板２３上に基材Ｗを容易に載置することができる。
【００３１】
次に、把持部１４ａを持って前方へ引き、ホット電極ユニット１０を処理位置まで水平移動させる。この水平移動に必要な力は、ほぼスライド抵抗の分だけで済み、上掲特許文献２の装置のような上下動する場合と比べ、極めて小さな力で楽に移動させることができる。
【００３２】
勿論、ホット電極ユニット１０を動かす際は、アース電極ユニット２０の上に手を置かないようにする。しかし、誤って手を置いていたとしても、ホット電極ユニット１０によって前方へ突き出されるだけであり、上下の電極ユニット１０，２０間に挟まれるおそれがない。これによって、安全性を高めることができる。
【００３３】
ホット電極ユニット１０が処理位置に位置されたか否かはセンサ３４によって検出される。センサ３４がオンされていない限り、コントローラ７によって後続の処理操作の実行が拒否される。これによって、誤動作を無くすことができ、信頼性および安全性を高めることができる。
【００３４】
作業者は、上記電極位置表示手段によってホット電極ユニット１０が処理位置に位置されていることを確認した後、処理時間などの設定を行なったうえで、処理開始スイッチを入れる。
【００３５】
これによって、処理ガス源５の処理ガスが、チューブ５ａを経てポート１５に導入される。この処理ガスは、路１２ａのチャンバー１２ｂなどで左右方向に均一化された後、ノズル孔１２ｃを経て、上下のホルダ１２，２２の前側部どうし間の隙間に吹出される。そして、誘電体板１３，２３間の隙間（プラズマ化空間）へ導かれる。一方、ホット電極１１には、パルス電源１からパルス電圧が供給される。これによって、上記プラズマ化空間に電界が形成され、処理ガスがプラズマ化される。このプラズマによって、基材Ｗの上面を洗浄することができる。ここで、パルス電源１からのパルス電圧は、正のみの片電圧であるため、アーク放電が起きた場合、損傷を受けるのはアース電極ユニット２０だけであり、ホット電極ユニット１０が損傷することは無い。
【００３６】
上記処理ガスと併行して、カーテンガス源６のカーテンガスが、チューブ６ａを経て左右のポート１６に導入される。そして、路１２ｄのチャンバー１２ｅなどで前後方向に均一化された後、ノズル孔１２ｆを経て、上下のホルダ１２，２２の左右両側間の隙間に吹出される。これによって、ガスカーテンが形成され、処理ガスが電極ユニット１０，２０の間から左右外側へ漏れるのを防止することができる。
【００３７】
使用済みの処理ガスおよびカーテンガスは、ホルダ１２，２２の後側の凹部１２ｚ，２２ｚ間の隙間を経て電極ユニット１０，２０の後方へ流出する。この流出ガスは、ダクト４１に吸込まれ、路４ａを経て、真空ポンプ４によって吸引排気される。
【００３８】
基材Ｗの洗浄処理終了後は、処理ガスおよびカーテンガスの供給を停止するとともに電源投入を停止する。そして、ホット電極ユニット１０を押して退避位置へ移動させる。この移動もあまり力を要さず楽に行うことができる。ホット電極ユニット１０の退避によって、アース電極ユニット２０上の洗浄済み基材Ｗを露出させることができ、これを簡単に取り出すことができる。
【００３９】
何らかのトラブルが起きるなどして、アース電極ユニット２０の点検、補修、掃除などのメンテナンス作業の必要が生じた場合にも、ホット電極ユニット１０を退避位置に位置させる。これによって、ホット電極ユニット１０に邪魔されることなく、アース電極ユニット２０のメンテナンスを簡単かつ短時間に行なうことができる。（一方、上掲特許文献２のような上下動方式の装置で下側電極のメンテナンス性を確保するには、上側電極のストロークを非常に大きくしたり、上下動だけでなく特許文献２のように回転も可能にしたりする必要があり、装置構成が大型化、複雑化する。）
上述したように、正側のみの片パルス電圧印加の装置Ｍにおいては、ホット電極ユニット１０が損傷することは殆ど無いので、アース電極ユニット２０さえメンテナンス性が良好であれば十分である。
【００４０】
この常圧プラズマ処理装置Ｍの移動機構３０は、構造が簡素で、安価に作ることができる。また、電極ユニット１０，２０の左右外側に移動機構３０が配置されているので、装置Ｍの手前側からの基材Ｗの出し入れを簡単に行なうことができる。
【００４１】
本装置Ｍは、常圧下でプラズマ処理するものであるので、電極ユニット１０，２０間の隙間を完全にシールする必要がない。したがって、電極ユニット１０を水平にのみ移動させるのに適している。（上掲特許文献２のような減圧化で処理するものにおいて水平移動構造を採用した場合には、シールの確保が問題となり、構造の複雑化を招く。）
【００４２】
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、移動機構に駆動手段を組み込み、この駆動力によって第１電極を水平移動させるようにしてもよい。その場合でも小さな動力で済むことは、上記手動式の実施形態と同様である。
上側の第１電極を固定し、下側の第２電極を水平移動させるようにしてもよい。
本発明は、洗浄だけでなく、成膜、エッチング、アッシングなどの他のプラズマ処理にも適用できる。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極間の隙間が狭くても第１電極を退避位置に位置させることによって基材のセットや取り出しを容易に行うことができる。しかも、第１電極を相対移動させるのに必要な力が小さくて済み、簡単に移動させることができる。また、処理位置への移動の際に上下の電極間に指などが挟まれないようにすることができ、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の主要部を、該装置のホット電極ユニットが処理位置に位置する状態で示す正面断面図である。
【図２】上記常圧プラズマ処理装置の主要部を、ホット電極ユニットが処理位置に位置する状態で示す側面断面図である。
【図３】図１および図２の平面図である。
【図４】上記常圧プラズマ処理装置の主要部を、ホット電極ユニットが退避位置に位置する状態で示す平面図である。
【図５】上記ホット電極ユニットの底面図である。
【符号の説明】
Ｍ常圧プラズマ処理装置
Ｗ基材
１パルス電源（電界印加手段）
７コントローラ（処理許否手段）
１０ホット電極ユニット
１１ホット電極（第１電極）
２０アース電極ユニット
２１アース電極（第２電極）
３０移動機構
３１スライド部材
３２ガイドレール
３４処理位置センサ（検出手段）

Claims

略常圧下において処理ガスを電界でプラズマ化して基材の表面を処理するプラズマ処理装置であって、上記電界を形成するための上下一対の第１、第２電極と、第１電極を第２電極の上方に対向させる処理位置と第２電極から水平にずらした退避位置との間で水平に相対移動させる移動機構とを備え、処理位置の第１電極と第２電極との間で上記表面処理が行なわれることを特徴とするプラズマ処理装置。
上記移動機構が、上記第２電極に沿って水平に配されたガイドレールと、このガイドレールにスライド可能に取り付けられるとともに上記第１電極に連結されたスライド部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
上記第１電極が処理位置にあるか否かを検出する検出手段と、処理位置にあるときのみ上記表面処理の実行を許容する処理許否手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
上記第１電極に正側のみのパルス電圧を供給する電界印加手段が接続され、上記第２電極が接地されていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のプラズマ処理装置。