JP2006286550A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 プラズマ処理装置の電極と基材の間の電界遮蔽用のアース部材の熱変形を防止にする。
【解決手段】 プラズマ処理装置における電極の基材配置側にアース部材５０を設ける。アース部材５０におけるプラズマ吹出し口に面する側とは逆側の縁部５２を基材配置側とは逆側に折曲し、この縁部５２に熱応力逃がし部として切り込み５２ａを形成する。
【選択図】 図２

Description

この発明は、処理ガスをプラズマ空間でプラズマ化し基材を表面処理する装置に関し、特に基材を前記プラズマ空間の外部に配置し、これに向けてプラズマガスを吹付ける所謂リモート式のプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置には一対の電極が設けられている。これら電極間に電界を印加してプラズマ空間を形成し、このプラズマ空間に処理ガスを導入してプラズマ化する。このプラズマガスを基材に接触させ、表面処理を行なう。基材は、前記プラズマ空間の内部に配置する場合と、プラズマ空間の外部に配置する場合とがあり、前者はダイレクト式と呼ばれ、後者はリモート式と呼ばれている。ダイレクト方式では、プラズマガスを基材に直接的に当てることができるが基材がダメージを受けるおそれがある。一方、リモート式では、プラズマ空間から基材までの距離が遠すぎると十分な処理効率を得ることができない。しかし、基材を近づけすぎると電源側（ホット側）の電極から基材にアーク放電が落ちて基材がダメージを受けるおそれがある。
そこで、特許文献１には、リモート式のプラズマ処理装置において、少なくともホット電極と基材の間に金属製のアース板を設置することが記載されている。これによって、ホット電極と基材との間の電界を遮蔽でき、基材へのアーク放電を防止しつつ基材をプラズマ空間に近づけて処理効率を高めることができる。
特開２００３−１００６４６

アース板を単純な平板にすると自重等で撓むおそれがある。そこで、例えばアース板の外縁部（プラズマ吹出し口に面する側とは逆側）を折曲すれば、保形強度が高まる。また、プラズマ処理装置本体（筐体）へのボルト締め等の連結も容易になる。しかし、処理が長時間に及んでくるとアース板が熱を持って膨張しようとする。一方、外端折曲部には変形拘束力が働く。そのため、アース板が３次元的な変形を来たし、基材とのワーキングディスタンスが部分的に小さくなり、場合によってはアース板が基材に接触するおそれも出てくる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、
処理ガスをプラズマ空間に通すとともにこのプラズマ空間に連なる吹出し口から外部の基材に向けて吹出すプラズマ処理装置において、
前記プラズマ空間を形成するための電極と、
前記電極の基材配置側に被さるアース部材と、を備え、
前記アース部材に切欠き状の熱応力逃がし部が形成されていることを特徴とする。これによって、プラズマ処理に伴う熱応力を逃がして熱変形を防止することができ、ひいてはワーキングディスタンスの精度を保つことができる。

前記アース部材における前記プラズマ吹出し口に面する側とは逆側の縁部が、基材配置側とは逆側に折曲されるとともに、この縁部に前記切欠き状の熱応力逃がし部として切り込みが形成されていることが望ましい。これによって、アース部材の保形性を確保できるとともに、プラズマ処理に伴う熱応力を切り込みによって逃がし、熱変形を防止することができ、ひいてはワーキングディスタンスの精度を保つことができる。また、切欠き状の熱応力逃がし部が基材対向側に配置されていないので、プラズマガス流に影響を与えるのを防止できる。
前記縁部における前記切り込みからずれた箇所が、前記電極を収容する筐体に連結手段にて連結されていることが望ましい。連結手段が基材対向側に配置されていないので、ワーキングディスタンスに影響を与えるのを防止できる。

本発明は、面積の大きいアース部材に好適である。
本発明は、前記電極が一方向（前記処理ガスの吹出し方向と交差する方向）に延びる長尺状をなすとともに、前記アース部材ひいては前記縁部が前記電極と同方向に延びている電極構造に好適である。この場合、前記切り込みが前記縁部の長手方向に間隔を置いて複数形成されていることが望ましい。
前記アース部材が、前記電極の長手方向に複数分割され、隣り合う分割アース部材どうしの間の境目が前記熱応力逃がし部となっていてもよい。

本発明は、略常圧（略大気圧）でグロー放電等のプラズマ放電を起こす大気圧プラズマ放電処理に好適である。ここで、「略常圧ないしは略大気圧」とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調節の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、好ましくは、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａであり、より好ましくは、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａである。

本発明によれば、プラズマ処理に伴う熱応力を逃がして熱変形を防止することができ、ひいてはワーキングディスタンスの精度を保つことができる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって詳述する。
図１に示すように、プラズマ処理装置Ｍは、放電ユニット１０を備えている。放電ユニット１０の下方に、処理すべき基材Ｗが配置されるようになっている。

放電ユニット１０の上側には二点鎖線で示すガス導入ユニット２０が設けられている。処理ガス源２からのガス供給路２ａがガス導入ユニット２０に連なっている。ガス導入ユニット２０は、処理ガスを均一化し、放電ユニット１０へ導入するようになっている。

放電ユニット１０は、金属製の側壁４１を含む筐体と、この筐体内に設けられた絶縁ホルダ３０と、このホルダ３０に囲まれるようにして保持された一対の電極１１，１１とを備えている。
各電極１１は、断面四角形状をなし、図１の紙面と直交する前後方向（一方向）に長く延びている。電極１１の内部には冷却水等の温調媒体を通す温調路１１ｃが形成されている。一対の電極１１，１１は、左右に対向している。少なくとも一方の電極１１の対向面には溶射膜等からなる固体誘電体層（図示省略）が設けられている。これら電極１１，１１どうし間にスリット状の空間１１ａが形成されている。この電極間空間１１ａの上端部は、導入路１０ａを介してガス導入ユニット２０に接続され、下端部は、吹出し路１０ｂに連なっている。

一対の電極１１，１１のうちの一方は、電源３に接続されてホット電極となり、他方は、電気的に接地されてアース電極となっている。（以下、これら電極１１を区別するときはホット電極に符号１１Ｈを付し、アース電極に符号１１Ｅを付す。）
電源３からの電圧供給によってスリット状空間１１ａ内に大気圧グロー放電が生成されるようになっている。これによって、スリット状空間１１ａが、プラズマ空間１１ａとなる。併行して、処理ガス供給源からの処理ガスが、ガス導入ユニット２０で均一化された後、導入路１０ａを経てプラズマ空間１１ａに導入され、プラズマ化されるようになっている。このプラズマガスが、吹出し路１０ｂを経て吹出され、下方の被処理基材Ｗに照射されるようになっている。これによって被処理基材Ｗのプラズマ表面処理を行なうことができるようになっている。

放電ユニット１０には、電極１１ごとにホルダ３０が設けられている。各ホルダ３０は、導入側部材３１と、背面部材３２と、サポート部材３３と、吹出し側部材３４とを有している。これらホルダ構成部材３１〜３４は、熱膨張率の小さい絶縁材料（例えばガラス繊維入りポリカーボネート、ユニレート等）にて構成されている。
導入側部材３１は、電極１１と同方向（図１の紙面直交方向）に長く延び、電極１１の上面に被せられている。一対の導入側部材３１，３１どうし間に上記導入路１０ａが形成されている。
背面部材３２は、電極１１と同方向（図１の紙面直交方向）に延び、電極１１の背面（他方の電極側とは反対側の面）に添えられている。

吹出し側部材３４は、耐プラズマ性、耐熱性を有する絶縁材料にて構成され、断面Г字状をなして電極１１と同方向（図１の紙面直交方向）に延びている。吹出し側部材３４は、電極１１の下側に設けられている。一対の吹出し側部材３４，３４どうし間に上記吹出し路１０ｂが形成されている。吹出し側部材３４の対向面すなわち吹出し路形成面は、電極１１のプラズマ空間１１ａ形成面と面一をなしている。これによって、プラズマ空間１１ａと吹出し路１０ｂの流路断面積が等しくなっている。
吹出し側部材３４の下端のエッジは、マイクロクラック防止等のため面取りされている。これにより、吹出し路１０ｂの下端部が、下方へ向かって拡開されている。

サポート部材３３は、縦片部３６と下片部３７を有してＬ字状をなしている。サポート部材３３は、電極１１の長手方向に離間して複数配置されている。隣り合うサポート部材３３，３３どうし間には絶縁空間が形成されている。
図１に示すように、サポート部材３３の縦片部３６は、側壁４１と背面部材３２の間に挟まれている。サポート部材３３の下片部３７は、背面部材３２及び電極１１の下側（基材配置側）に配置されている。下片部３７の先端部は、吹出し側部材３４の懐部に挿入されている。サポート部材３３と背面部材３２は、ピン３５にて連結されている。

なお、図１において符号「６１」は、ホット電極１１Ｈを外側へ引くボルトであり、符号「６２」は、アース電極１１Ｅを側壁４１に引き付けておくボルトである。

図１に示すように、放電ユニット１０の底部にはアース部材５０が配置されている。アース部材５０は、ステンレス等の金属板にて構成され、電極１１と同方向（図１の紙面直交方向）に延びている。アース部材５０の平らな主部５０Ｘが、側壁４１の下面と、サポート部材３３の下片部３７の下面と、吹出し側部材３４の下面に跨っている。このアース部材５０の主部５０Ｘが、電極１１の下側すなわち基材配置側に被さり、基材Ｗに面するようになっている。

アース部材５０は、アース線５９を介してアースされている。これによって、電極１１から基材Ｗへのアーク放電を防止できるとともに、放電ユニット１０と基材Ｗの間のワーキングディスタンスを小さくでき、処理効率を向上させることができる。
電極１１とアース部材５０の間にはサポート部材３３の下片部３７（介在部）が介在されており、これによって、電極１１Ｈとアース部材５０の間の絶縁が取られている。

アース部材５０の内端部は、吹出し側部材３４の下面と面取り部のちょうど境の付近に位置されている。一対のアース部材５０の内端部どうし間に吹出し路１０ｂの下端開口すなわち吹出し口が形成されている。

アース部材５０は、次のようにしてサポート部材３３の下片部３７に固定されている。
アース部材５０の内端面（吹出し口形成面）の近くの上面には小さな突起５１が設けられている。小突起５１は、アース部材５０の長手方向（図１の紙面直交方向）に間隔を置いて複数設けられている。小突起５１は円柱形状をなし、アース部材５０に溶接にて固定されている。小突起５１の上面と周側面の角は全周にわたって面取りされている。小突起５１の周側面には、溝５１ａが環状に形成されている。

一方、サポート部材３３の下片部３７には段差が形成され、この段差より先端側が薄肉になっている。この下片部３７の先端部に貫通孔からなる受け入れ部３７ａが形成されている。この受け入れ部３７ａに小突起５１が挿通されている。小突起５１の環状溝５１ａ及びそれより上側部分が、下片部３７から突出されている。そして、環状溝５１ａに抜け止め手段としてＥリング７１（周方向の一部が切欠されたリング部材）が嵌め込まれている。Ｅリング７１は、サポート部材３３の下片部３７の上面に当接されている。これによって、小突起５１が抜け止めされ、ひいてはアース部材５０がサポート部材３３に固定されている。

サポート部材３３の下片部３７ひいては小突起５１の上側には、テフロン（登録商標）等の絶縁材料からなるカバー部材３８が被せられている。

図１及び図２に示すように、アース部材５０の外縁部（プラズマ吹出し口に面する側とは逆側の縁部）は、上方（基材配置側とは逆側）へ直角に折曲され、凸縁部５２が形成されている。凸縁部５２は、アース部材５０の全長にわたって延びている。この凸縁部５２が、側壁４１の外側面に宛がわれ、ボルト５８（連結手段）にて止められている。ボルト５８は、凸縁部５２の長手方向に間隔を置いて複数設けられている（図２では１つだけ図示）。

図２に示すように、凸縁部５２には、所定幅の切り込み５２ａ（切欠き状の熱応力逃がし部）が形成されている。切り込み５２ａは、凸縁部５２の長手方向に間隔を置いて複数設けられている。切り込み５２ａの位置は、ボルト５８に対し凸縁部５２の長手方向にずれて配置されている。切り込み５２ａは、凸縁部５２の上端から垂直に入れられている。切り込み５２ａの下端部は、凸縁部５２の下端部（アース板５０の折曲部）の近くまで達している。

上記構成によれば、アース部材５０の外縁部に凸縁部５２を設けることによってアース部材５０の保形強度が高められている。これにより、アース部材５０の主部５０Ｘを、確実に平らに維持でき、サポート部材３３の下片部３７の下面及び吹出し側部材３４の下面にぴったり当接させることができ、ひいてはワーキングディスタンスの均一性を確保することができる。
また、長時間処理等でアース部材５０が熱を持ってきた場合でも、切り込み５２ａによって熱応力を逃がすことができる。これによって、アース部材５０が３次元的に変形するのを抑制することができる。この結果、アース部材５０の面精度（ワーキングディスタンスの均一性）を確実に確保することができる。
切り込み５２ａが、装置Ｍの基材対向側ではなく側面に配置されているので、プラズマガス流に影響を与えるのを防止できる。

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重複する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。
前記アース部材５０の切り込みは、凸縁部５２にだけでなく主部５０Ｘにまで及んでいてもよく、更には主部５０Ｘの中途部で途切れる場合だけでなく、図３に示すように、内端面（吹出し口形成面）にまで達していてもよい。すなわち、アース部材５０は、電極長手方向に分割されていてもよい。言い換えると、アース部材５０は、短い分割アース部材５５を電極長手方向に複数並べることにより構成されていてもよい。

これら分割アース部材５５，５５…は、互いにアース線（図示省略）にて連結され、電気的に一体になっている。各分割アース部材５５は、電極１１の下方に配置された主部５０Ｘと、その外縁部を上に折曲してなる凸縁部５２とを有している。隣り合う分割アース部材５５，５５どうし間の境目５６が、熱応力逃がし部（アース部材５０の全巾に及ぶ切り込み）となっている。

隣り合う分割アース部材５５，５５の少なくとも凸縁部５２，５２どうしの間の境目５６ａは、ある程度の幅を有し、隙間が形成されている。これによって、熱膨張時に凸縁部５２，５２どうしが突き合わされるのを防止でき、熱応力を確実に逃がすことができる。

隣り合う分割アース部材５５，５５の主部５０Ｘ，５０Ｘどうしの間の境目５６ｂは、上記凸縁部５２，５２どうしの間の境目５６ａより幅狭であってもよく、主部５０Ｘ，５０Ｘどうしが突き合わされていてもよい。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
例えば、切欠き状の熱応力逃がし部は、アース部材の主部５０Ｘにだけ形成してもよく、長円形状等の孔であってもよい。

この発明は、例えば半導体基材の洗浄、表面改質、成膜等の表面処理に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置を示す正面断面図である。 上記装置のアース部材の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係るアース部材の斜視図である。

符号の説明

Ｍ プラズマ処理装置
Ｗ 基材Ｗ
１０ 放電ユニット
１１ 電極１１
１１ａ プラズマ空間
３０ ホルダ
４１ 筐体の側壁
５０ アース部材
５０Ｘ アース部材の主部
５２ 縁部
５２ａ 切り込み（切欠き状の熱応力逃がし部）
５５ 分割アース部材
５６ 境目（熱応力逃がし部）
５８ ボルト（連結手段）

Claims (5)

1. 処理ガスをプラズマ空間に通すとともにこのプラズマ空間に連なる吹出し口から外部の基材に向けて吹出すプラズマ処理装置において、
   前記プラズマ空間を形成するための電極と、
   前記電極の基材配置側に被さるアース部材と、を備え、
   前記アース部材に切欠き状の熱応力逃がし部が形成されていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記アース部材における前記プラズマ吹出し口に面する側とは逆側の縁部が、基材配置側とは逆側に折曲されるとともに、この縁部に前記熱応力逃がし部として切り込みが形成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。
3. 前記縁部における前記切り込みからずれた箇所が、前記電極を収容する筐体に連結手段にて連結されていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記電極が一方向に延びる長尺状をなすとともに、前記アース部材ひいては前記縁部が前記電極と同方向に延び、前記切り込みが前記縁部の長手方向に間隔を置いて複数形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記アース部材が、前記電極の長手方向に複数分割され、隣り合う分割アース部材どうしの間の境目が前記熱応力逃がし部となっ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。
   

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