JP2006120516A - プラズマ処理方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被処理基板の表面にある有機物をプラズマによって、均一に分解、除去することができるプラズマ処理方法を提供すること。
【解決手段】本発明のプラズマ処理方法は、印加電極15に電圧を印加して処理ガスG1を活性化させることによりプラズマが発生するプラズマ発生領域P内に、基板Wを進入させて、基板Wの表面にある有機物を分解、除去する処理方法である。このプラズマ処理方法では、基板Wの表面における有機物と同様の有機物が表面にあるダミー基板Dを、基板Wの進入方向に対して、基板Wの前方に置き、基板Wにおけるプラズマ発生領域P内への進入に先立って、ダミー基板Dをプラズマ発生領域P内に進入させる。
【選択図】図1

Description

本発明は、プラズマ処理方法に関する。
従来、大気圧下において、被処理基板の表面にある有機物層(有機膜)をプラズマにより分解、除去する(処理する)プラズマ処理装置としては、平行平板型プラズマ処理装置と呼ばれる大気圧プラズマ処理装置(表面処理装置)が知られている(例えば、特許文献1参照)。
このプラズマ処理装置は、被処理基板を搬送する移動ステージ(可動テーブル)と、高周波電界を発生させる電極と、電極と移動ステージ(被処理基板)との間(以下、「処理空間」という)に処理ガス(放電用ガス)を供給するガス通路とを備えている。
このような構成のプラズマ処理装置では、移動ステージにより搬送される被処理基板の移動方向と反対方向に流れる処理ガスを、処理空間に発生する高周波電界により活性化させる。当該活性化された処理ガスは、プラズマとなり、処理空間を通過する被処理基板の有機物層(表面)に接触して当該有機物層を分解、除去する。
しかしながら、このプラズマ処理装置は、電極と移動ステージとの間の距離(ギャップ)が非常に狭いため、処理空間における処理ガスの下流側では、上流側で発生した副生成物(例えば、COやHO等)により、プラズマの発生が阻害され易い。このため、プラズマ処理する処理レート(処理速度)が経時的に低下し、被処理基板が処理空間を通過した際、当該被処理基板におけるプラズマ処理する箇所にムラが生じるおそれがあった。
特開2000−192261号公報
本発明の目的は、被処理基板の表面にある有機物をプラズマによって、均一に分解、除去することができるプラズマ処理方法を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のプラズマ処理方法は、電極に電圧を印加して処理ガスを活性化させることによりプラズマが発生するプラズマ発生領域内に、被処理基板を進入させて、該被処理基板の表面にある有機物を分解、除去するプラズマ処理方法であって、
前記被処理基板の表面における有機物と同様の有機物が表面にあるダミー基板を、前記被処理基板の進入方向に対して、前記被処理基板の前方に置き、該被処理基板における前記プラズマ発生領域内への進入に先立って、前記ダミー基板を前記プラズマ発生領域内に進入させることを特徴とする。
これにより、被処理基板の表面にある有機物をプラズマによって、均一に分解、除去することができる。
本発明のプラズマ処理方法では、前記被処理基板と前記ダミー基板とは、互いに接近して置かれていることが好ましい。
これにより、被処理基板の表面にある有機物をプラズマによって、より均一に分解、除去することができる。
本発明のプラズマ処理方法では、前記ダミー基板が前記プラズマ発生領域内に進入する方向における該ダミー基板の長さは、前記被処理基板の長さが前記電極の幅と同程度であることが好ましい。
これにより、被処理基板の表面にある有機物をプラズマによって、より均一に分解、除去することができる。
本発明のプラズマ処理方法では、前記ダミー基板が前記プラズマ発生領域内に進入する方向における該ダミー基板の長さは、前記ダミー基板の表面に対してプラズマ処理が安定するのに十分な程度の長さであることが好ましい。
これにより、被処理基板の表面にある有機物をプラズマによって、より均一に分解、除去することができる。
本発明のプラズマ処理方法では、前記ダミー基板の厚さは、前記被処理基板の厚さとほぼ同等であることが好ましい。
これにより、ダミー基板と被処理基板との処理条件をほぼ同等とすることができる。
本発明のプラズマ処理方法では、前記ダミー基板の幅は、前記被処理基板の幅とほぼ同等であることが好ましい。
これにより、ダミー基板と被処理基板との処理条件をほぼ同等とすることができる。
本発明のプラズマ処理方法では、前記プラズマ発生領域における高さは、0.5〜2mmであることが好ましい。
これにより、プラズマ発生領域内に電界を確実に発生させることができ、よって、処理ガスを確実に活性化させることができる。
以下、本発明のプラズマ処理方法の好適な実施形態について説明する。
図1は、プラズマ処理装置を模式的に示す断面図、図2は、図1に示すプラズマ処理装置によりプラズマ処理される被処理基板およびダミー基板の平面図、図3〜図5は、それぞれ、図1に示すプラズマ処理装置におけるプラズマ発生領域付近の拡大詳細図である。
なお、以下の説明では、図1〜図5中の左右方向を「水平方向」または「x軸方向」、図1および図3〜図5中の上下方向を「垂直方向」または「y軸方向」と言う。また、図1および図3〜図5中の上方を「上」、下方を「下」という。
また、プラズマ処理装置(大気圧プラズマ処理装置)が行うプラズマ処理(表面処理)としては、アッシング(レジストアッシング)を例に挙げて説明する。
まず、プラズマ処理装置1について説明する。
図1に示すように、プラズマ処理装置1は、基板(被処理基板)Wを搬送する搬送装置2と、搬送装置2の上方に設置されたヘッド10とを備えている。このプラズマ処理装置1では、搬送装置2とヘッド10との間に、プラズマが発生し得るプラズマ発生領域Pが形成される。以下、各部の構成について説明する。
搬送装置2は、基板Wを積載可能な移動ステージ20を有している。
移動ステージ20は、搬送装置2が有する移動手段(図示せず)の作動により、x軸方向に移動することができる。
なお、移動ステージ20の構成材料としては、特に限定されず、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム等の金属材料で構成されているのが好ましい。
ヘッド10は、ヘッド本体101と、印加電極(電極)15とを有している。
ヘッド10には、移動ステージ20(搬送装置2)とヘッド10(第1の下面103a)との間隙102(プラズマ発生領域P)に、混合ガスG(処理ガスG1)を供給するガス供給流路18が設けられている。
なお、混合ガスGは、処理ガスG1としてのOガスと、キャリアガスG2としてのHeガスとで構成されている。ここで、「キャリアガス」とは、放電開始と放電維持のために導入するガスのことをいう。
ガス供給流路18は、ヘッド10の下面103(第1の下面103a)に開口している。
また、下面103は、ガス供給流路18に対してx軸正方向に形成された第1の下面103aと、ガス供給流路18に対してx軸負方向に形成された第2の下面103bとで構成されている。
第2の下面103bは、第1の下面103aよりも下方に位置している。これにより、第2の下面103bと移動ステージ20との間隙104を、間隙102よりも小さく(狭く)設定することができ、よって、混合ガスGが間隙104に入り込むのを抑制または防止することができる、すなわち、混合ガスGの流れの方向をx軸正方向とすることができる(図1参照)。
なお、ヘッド本体101の構成材料としては、例えば、主としてアルミナ、石英等の誘電体で構成されたものであるのが好ましい。
ヘッド10(ヘッド本体101)には、ガス供給流路18に対してx軸正方向に、印加電極15が設置されている。この印加電極15は、高周波電源17に電気的に接続されている。
プラズマ処理装置1では、印加電極15と、印加電極15に対向する移動ステージ20とにより、一対の平行平板型電極が構成されている。
また、印加電極15と移動ステージ20(基板W)と間の距離、すなわち、プラズマ発生領域における高さ(図1中、h1で示す長さ)は、高周波電源17の出力や、基板Wに施すプラズマ処理の種類等を考慮して適宜決定されるが、0.5〜2mmであるのが好ましく、0.5〜1mmであるのがより好ましい。これにより、印加電極15と移動ステージ20と間に電界Eを確実に発生させることができる。
また、電界Eにおいてアーク放電の発生を防止する観点から、印加電極15の表面(下面151)をアルミナ、石英等の誘電体で被覆するのが好ましい。この誘電体の厚みは、厚すぎるとプラズマを発生するため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ため、0.01〜4mmであるのが好ましく、1〜2mmであるのがより好ましい。
また、印加電極15の構成材料としては、特に限定されず、例えば、移動ステージ20についての説明で挙げたような構成材料を用いることができる。
また、高周波電源17の周波数は、特に限定されないが、10〜50MHzであるのが好ましく、10〜40MHzであるのがより好ましい。
次に、プラズマ処理装置1によりプラズマ処理される基板Wについて説明する。
図3〜図5に示すように、基板Wは、その形状が板状をなしており、基板本体W2と有機物層W3とで構成されている。この基板Wは、移動ステージ20に載置される。
基板本体W2(基板W)としては、ガラス、シリコンウェハー等からなるものが挙げられる。
基板本体W2(基板W)の表面W1のほぼ全面には、有機物層(有機物)W3が形成されている(図2参照)。なお、有機物層(有機膜)W3としては、特に限定されず、例えば、フォトレジスト、ポリイミド等が挙げられる。
この有機物層W3は、プラズマ処理装置1のプラズマ発生領域P内で、分解、除去(プラズマ処理)される。
また、図1に示すように、プラズマ処理装置1、すなわち、本発明のプラズマ処理方法では、基板W(有機物層W3)をプラズマ処理するに際し、ダミー基板Dを用いる。
図3〜図5に示すように、ダミー基板Dは、基板Wと同様に、形状が板状をなしており、基板本体D2と有機物層D3とで構成されている。このダミー基板Dは、基板Wと同様に、移動ステージ20に載置される。なお、基板本体D2(ダミー基板D)としては、特に限定されず、例えば、基板Wについての説明で挙げたようなものであってもよい。
また、基板本体D2(ダミー基板D)の表面D1のほぼ全面には、有機物層W3と同様の有機物層D3が形成されている(図2参照)。
このような構成のプラズマ処理装置1では、基板Wをプラズマ処理するとき、まず、印加電極15と移動ステージ20とに電圧が印加されて、電界Eが発生するとともに、ガス供給流路18から間隙102に、処理ガスG1を含む混合ガスGが流入する。間隙102に流入した処理ガスG1のうち、電界Eに流入した処理ガスG1は、放電によって活性化される。この活性化された処理ガスG1は、基板Wの有機物層W3に接触して、プラズマ処理を施す。
なお、混合ガスGにおける処理ガスG1の占める割合は、プラズマ処理の種類によって異なるが、処理ガスG1の割合が大きすぎると、電界Eにおける放電の発生が困難となったり、プラズマ処理の効率に寄与し難くなったりするため、例えば、その割合が0.1〜10%であるのが好ましく、1%前後(程度)であるのがより好ましい。
次に、プラズマ処理装置1を用いて基板Wをプラズマ処理する方法(過程)について説明する。
まず、図2に示すように、移動ステージ20に、ダミー基板Dと基板Wとを載置する。このとき、ダミー基板Dは、基板Wにおけるプラズマ発生領域P内への進入方向に対して、基板Wの前方すなわちx軸負方向に載置されている。また、ダミー基板Dと基板Wとは、互いに接して(接近して)いる。
次に、図1に示すように、ガス供給流路18の供給口(開口)181から、基板Wとヘッド10との間隙102に混合ガスG(処理ガスG1)を流入させる(供給する)。
なお、混合ガスGの流量は、特に限定されないが、1〜20SLMであるのが好ましく、3〜10SLMであるのがより好ましい。
次に、前述したような混合ガスGの流れを維持しつつ、高周波電源17を作動させて、印加電極15と移動ステージ20との間に電圧を印加する。このとき、印加電極15と移動ステージ20との間には、電界Eが発生する。この電界E内では、混合ガスG中の処理ガスG1が活性化されることとなる。これにより、プラズマが発生する、すなわち、プラズマ発生領域Pが形成(構成)される。
次に、搬送装置2を作動させる。これにより、移動ステージ20の移動に伴って、ダミー基板Dと基板Wとがプラズマ発生領域Pに接近(進入)する(図3参照)が、基板Wがプラズマ発生領域P内への進入するのに先立って、ダミー基板Dがプラズマ発生領域P内に進入する(図4参照)。
図4に示すように、ダミー基板Dがプラズマ発生領域P内に進入すると、活性化された処理ガスG1(プラズマ)が、ダミー基板Dの有機物層D3に接触して、有機物層D3にプラズマ処理(レジストアッシング)を施すように作用する。
しかしながら、有機物層D3は、その全面に渡って均一にプラズマ処理されない。
換言すれば、ダミー基板Dの進入に伴って、プラズマ発生領域P内には、有機物層D3と反応したプラズマ(酸素プラズマ)による副生成物(例えば、COやHO等)が発生するため、有機物層D3を処理する処理速度(処理レート)が徐々に低下することとなる、すなわち、処理(除去)される有機物層D3の厚さ(図4中、tで示す長さ)がx軸正方向に向って漸減することとなる。
プラズマによる処理速度は、基板Wが左端から印加電極15の幅(長さ)程度、すなわちプラズマ発生領域Pの長さ程度処理されるまで漸減し、その後、一定となる。従って、ダミー基板Dの長さ(図4中、Lで示す長さ)が印加電極15の幅、すなわちプラズマ発生領域Pの長さと同程度であればよい。
その後、ダミー基板Dに続いて(連なって)、基板Wがプラズマ発生領域P内に進入する。基板Wの有機物層W3が、均一にプラズマ処理される、すなわち、処理される有機物層W3の厚さ(図5中、tで示す長さ)が一定となる。
そして、基板Wの有機物層W3の全面にプラズマ処理が均一に施された後、搬送装置2は、基板Wを印加電極15および移動ステージ20の間隙102(プラズマ発生領域P)から搬出するように作動する。
以上のような過程を経ることにより、基板Wの有機物層W3を全面に渡って、均一な深さにアッシングすることができる。
また、図2に示すように、ダミー基板Dの幅は、基板Wの幅とほぼ同等であるのが好ましい。これにより、単位時間あたりにプラズマ処理されるダミー基板D(有機物層D3)の面積と、単位時間あたりにプラズマ処理される基板W(有機物層W3)の面積とをほぼ同等とすることができる、すなわち、ダミー基板Dと基板Wとの処理条件をほぼ同等とすることができる。
また、図3〜図5に示すように、ダミー基板Dの厚さは、基板Wの厚さとほぼ同等であるのが好ましい。これにより、プラズマ発生領域P内におけるダミー基板Dの有機物層D3の高さ(位置)と、プラズマ発生領域P内における基板Wの有機物層W3の高さとをほぼ同等とすることができる、すなわち、ダミー基板Dと基板Wとの処理条件をほぼ同等とすることができる。
また、ダミー基板Dの構成材料は、基板Wの構成材料と同一であるのが好ましい。これにより、ダミー基板Dと基板Wとの処理条件を同等とすることができる。
また、x軸方向におけるダミー基板Dの長さ(図1中、Lで示す長さ)は、印加電極15の幅、すなわちプラズマ発生領域Pの長さと同程度とするのが好ましい。
これにより、除去される有機物層D3の厚さtが一定となるのに十分な程度のダミー基板Dの長さLを設定することができる、すなわち、基板Wの有機物層W3をより均一に処理することができる。
以上、本発明のプラズマ処理方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これらに限定されるものではない。
また、プラズマ処理としては、アッシングであるのに限定されず、例えば、エッチング、改質(表面改質)、表面クリーング等でもよい。
また、処理ガスとしては、Oガスであるのに限定されず、エッチングでは、例えばハロゲン系ガスが用いることができ、表面クリーニングや表面改質では、例えばAr、N等の不活性ガスを用いることができる。
また、キャリアガスとしては、Heガスであるのに限定されず、例えば、Ne、Ar、Xe等の希ガスが用いることができ、これらは単独でも2種以上を混合した形態でも用いられる。
また、基板の形状としては、板状であるのに限定されず、例えば、フィルム状等のものが挙げられる。
また、被処理基板における有機物層は、被処理基板の表面のほぼ全面に形成されているのに限定されず、例えば、被処理基板の表面の一部に形成されていてもよい。
また、ダミー基板における有機物層も、被処理基板の有機物層と同様に、ダミー基板の表面のほぼ全面に形成されているのに限定されず、例えば、ダミー基板の表面の一部に形成されていてもよい。
また、プラズマ処理装置に載置されたダミー基板と被処理基板とは、互いに接しているのに限定されず、例えば、移動ステージの移動に伴って、ダミー基板がプラズマ発生領域内から脱出するまでに、被処理基板がプラズマ発生領域内に進入することができる程度に、これら基板が互いに離間していてもよい。
また、ダミー基板の厚さは、被処理基板の厚さとほぼ同等であるのに限定されず、例えば、被処理基板の厚さより大きく(厚く)てもよいし、被処理基板の厚さより小さく(薄く)てもよい。
また、印加電極に印加される電圧は、高周波によるものに限られず、例えば、パルス波やマイクロ波によるものであってもよい。
また、印加電極および印加電極の表面を覆う誘電体の材料としては、アルミナ、石英に限られず、例えば、ガラス、ZrO、TiO等の金属酸化物、BaTiO(チタン酸バリウム)等の複酸化物等を用いることができる。ここで、25℃における比誘電率が10以上のものである誘電体を用いれば、電界において、低電圧で高密度のプラズマを発生させることができ、処理効率が向上する。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
1.被処理基板のプラズマ処理
(実施例)
図1に示すプラズマ処理装置に被処理基板およびダミー基板を載置し、被処理基板に以下の条件のプラズマ処理(アッシング)を施した。
被処理基板は、長さ50mm×幅200mm×厚さ0.5mmの基板本体に、厚さ1μmの有機物層が形成されたものである。また、被処理基板の基板本体の構成材料は、ガラスであり、有機物層の構成材料は、東京応化製「OFPR8600−A2」である。
ダミー基板は、長さ10mm×幅200mm×厚さ0.5mmの基板本体に、厚さ1μmの有機物層が形成されたものである。また、ダミー基板の基板本体の構成材料は、ガラスであり、有機物層の構成材料は、東京応化製「OFPR8600−A2」である。
プラズマ処理の条件は、以下のとおりである。
被処理基板とダミー基板との距離(間隔) :0mm
印加電極と移動ステージとの距離(間隔) :1.1mm
印加電極の幅 :5mm
印加電力 :240W
高周波周波数 :40.68MHz
印加電極と被処理基板との距離(間隔) :0.6mm
処理ガス :O
キャリアガス :He
ガス流量 :30sccm/3LSM
移動ステージ加熱温度 :100℃
移動ステージの速度 :5mm/秒
(比較例)
ダミー基板を省略した以外は、前記実施例と同様にして、被処理基板にプラズマ処理を施した。
2.プラズマ処理後の有機物層のアッシング量の測定
前記実施例および前記比較例でプラズマ処理が施された有機物層のアッシング量を測定した。なお、この測定はラムダエース(大日本スクリーン製)により行なった。この結果を図6に示す。
図6に示すように、実施例では、被処理基板の有機物層の各位置(端面からの各距離)において、アッシングがほぼ等しかった。すなわち、有機物層に対して均一なプラズマ処理を施すことができた。
これに対し、比較例では、被処理基板の有機物層の中央部付近において、アッシング量がほぼ等しいが、両端部付近では、中央部付近よりもアッシング量が過剰であった。すなわち、比較例では、被処理基板の有機物層を均一にプラズマ処理するのが困難であった。
プラズマ処理装置を模式的に示す断面図である。 図1に示すプラズマ処理装置によりプラズマ処理される被処理基板およびダミー基板の平面図である。 図1に示すプラズマ処理装置におけるプラズマ発生領域付近の拡大詳細図である。 図1に示すプラズマ処理装置におけるプラズマ発生領域付近の拡大詳細図である。 図1に示すプラズマ処理装置におけるプラズマ発生領域付近の拡大詳細図である。 図1に示すプラズマ処理装置を用いてプラズマ処理したときの被処理基板における端面からの距離とアッシング量との関係を示すグラフである。
符号の説明
1……プラズマ処理装置 2……搬送装置 10……ヘッド 101……ヘッド本体 102、104……間隙 103……下面 103a……第1の下面 103b……第2の下面 15……印加電極 151……下面 17……高周波電源 18……ガス供給流路 181……供給口 20……移動ステージ D……ダミー基板 D1……表面 D2……基板本体 D3……有機物層 E……電界 G……混合ガス G1……処理ガス G2……キャリアガス P……プラズマ発生領域 W……基板 W1……表面 W2……基板本体 W3……有機物層

Claims (7)

  1. 電極に電圧を印加して処理ガスを活性化させることによりプラズマが発生するプラズマ発生領域内に、被処理基板を進入させて、該被処理基板の表面にある有機物を分解、除去するプラズマ処理方法であって、
    前記被処理基板の表面における有機物と同様の有機物が表面にあるダミー基板を、前記被処理基板の進入方向に対して、前記被処理基板の前方に置き、該被処理基板における前記プラズマ発生領域内への進入に先立って、前記ダミー基板を前記プラズマ発生領域内に進入させることを特徴とするプラズマ処理方法。
  2. 前記被処理基板と前記ダミー基板とは、互いに接近して置かれている請求項1に記載のプラズマ処理方法。
  3. 前記ダミー基板が前記プラズマ発生領域内に進入する方向における該ダミー基板の長さは、前記被処理基板の長さが前記電極の幅と同程度である請求項1または2に記載のプラズマ処理方法。
  4. 前記ダミー基板が前記プラズマ発生領域内に進入する方向における該ダミー基板の長さは、前記ダミー基板の表面に対してプラズマ処理が安定するのに十分な程度の長さである請求項1ないし3のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  5. 前記ダミー基板の厚さは、前記被処理基板の厚さとほぼ同等である請求項1ないし4のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  6. 前記ダミー基板の幅は、前記被処理基板の幅とほぼ同等である請求項1ないし5のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
  7. 前記プラズマ発生領域における高さは、0.5〜2mmである請求項1ないし6のいずれかに記載のプラズマ処理方法。
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