JP2006319192A - Electrode and plasma process unit employing it - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置に関し、より特定的には、大電力を投入でき、長時間安定して大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理できる電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置に関する。 The present invention relates to an electrode and a plasma processing apparatus using the electrode, and more specifically, an electrode capable of supplying a large amount of power and stably performing plasma treatment under a pressure at or near atmospheric pressure for a long time, and the electrode The present invention relates to a plasma processing apparatus using the above.
現在、半導体や液晶ディスプレイ、有機エレクトロルミネッセンスディスプレイ、太陽電池などさまざまな電子デバイスを製造するため、エッチング、成膜、アッシング、または表面親水化処理などをプラズマ処理で行なうプラズマプロセス装置が知られている。その多くは0.1Pa〜1kPa程度の圧力下でプラズマを発生させ処理を行なうものである。プラズマプロセス装置において前記圧力を保つためには、真空容器を必要とする。そのため、(1)電極部の大きさに比べて装置サイズが大きくなる、(2)プラズマの活性種の密度が小さいため処理速度を高めることができない、(3)プラズマ処理の時間に比べ、真空排気や大気開放するための時間の方が長い、すなわち、被処理基板一枚当りの処理時間が長くなる、などの問題があった。 Currently, in order to manufacture various electronic devices such as semiconductors, liquid crystal displays, organic electroluminescence displays, solar cells, etc., plasma processing apparatuses that perform etching, film formation, ashing, or surface hydrophilization treatment by plasma treatment are known. . Most of them are performed by generating plasma under a pressure of about 0.1 Pa to 1 kPa. In order to maintain the pressure in the plasma processing apparatus, a vacuum vessel is required. Therefore, (1) the size of the device is larger than the size of the electrode part, (2) the processing speed cannot be increased because the density of the active species of the plasma is small, and (3) vacuum compared to the time of the plasma processing. There is a problem that the time for exhausting and releasing to the atmosphere is longer, that is, the processing time per substrate to be processed becomes longer.
上記の問題に対して、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、プラズマ処理を行なう技術が開発されている。この技術に依れば大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理を行なうために、(1)真空容器を必要としないため装置サイズを小さくできる、(2)プラズマの活性種の密度が高いため処理速度を高くすることができる、(3)被処理基板一枚当りの処理時間もほぼプラズマ処理の時間に等しくできる、などの利点がある。 In order to solve the above problems, a technique for performing plasma treatment under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure has been developed. According to this technique, since plasma processing is performed under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure, (1) the apparatus size can be reduced because a vacuum vessel is not required, and (2) the density of active species of plasma is high. Therefore, there is an advantage that the processing speed can be increased, and (3) the processing time per substrate to be processed can be substantially equal to the plasma processing time.
しかし、この大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理する電極は金属部が露出している場合、処理速度を高めようとしてプラズマを生成させるための投入電力を高めるとアーク放電が発生してしまう。このため、金属電極表面を固体誘電体で被覆する技術が開発されている。 However, when the metal part of the electrode to be plasma-treated under this atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure is exposed, arc discharge will occur if the input power for generating plasma is increased in order to increase the processing speed. End up. For this reason, a technique for coating the surface of a metal electrode with a solid dielectric has been developed.
固体誘電体で金属電極を被覆する方法として、たとえば、金属電極にアルミナ等の誘電体を溶射で形成する方法がある。この溶射法で形成した誘電体は、たとえば、粒径2μmの粉材を用い、HIP(熱間静水圧プレス)処理で製造された高密度焼結誘電体に比べて多孔質構造となる。そのため、絶縁破壊電圧が低くなる。また、電極に高電力を投入してプラズマを連続的に発生させると、プラズマ発生部で消費される電力により発熱して誘電体、および電極の温度が上昇する。この温度上昇に伴い、熱膨張係数と温度上昇量と物体の長さの積で表される、電極と誘電体との熱膨張量の違いが生じる。そのため、電極と誘電体との界面での応力が大きくなり、誘電体にクラックが入り絶縁破壊が生じやすくなる場合があるという問題があった。 As a method of coating a metal electrode with a solid dielectric, for example, there is a method of forming a dielectric such as alumina on the metal electrode by thermal spraying. The dielectric formed by this thermal spraying method has a porous structure as compared with a high-density sintered dielectric manufactured by, for example, a HIP (hot isostatic pressing) process using a powder material having a particle diameter of 2 μm. Therefore, the dielectric breakdown voltage is lowered. Also, when high power is applied to the electrode to continuously generate plasma, heat is generated by the power consumed by the plasma generator, and the temperature of the dielectric and the electrode rises. Along with this temperature rise, there arises a difference in the amount of thermal expansion between the electrode and the dielectric, which is represented by the product of the coefficient of thermal expansion, the amount of temperature rise, and the length of the object. For this reason, there is a problem in that stress at the interface between the electrode and the dielectric is increased, and the dielectric is cracked and dielectric breakdown is likely to occur.
また、金属電極のプラズマ放電面側に誘電体を設けた電極では、金属電極と誘電体との間に加工精度や組立精度などから部分的に隙間が生じる。この隙間は、熱膨張量の差による応力発生を回避するには有効である。しかし、大気圧または大気圧近傍の圧力下において電極に高電力を投入した際に、上記隙間があるため、不要な放電が生じる。そのため、プラズマ生成のための電力効率を上げることができなかった。 Further, in an electrode in which a dielectric is provided on the plasma discharge surface side of the metal electrode, a gap is partially generated between the metal electrode and the dielectric due to processing accuracy and assembly accuracy. This gap is effective in avoiding the generation of stress due to the difference in thermal expansion. However, when high power is applied to the electrode under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure, unnecessary discharge occurs due to the gap. Therefore, the power efficiency for plasma generation could not be increased.
上記問題を解決するために、たとえば、特開平7−220895号公報(特許文献1)に記載の、ガラス管の内壁に銀メッキを施し、このメッキ膜を電極として交流電圧を印加する、大気圧グロー放電用電極が開示されている。 In order to solve the above problem, for example, as described in JP-A-7-220895 (Patent Document 1), an inner wall of a glass tube is subjected to silver plating, and an AC voltage is applied using the plated film as an electrode. An electrode for glow discharge is disclosed.
また、たとえば、特開平11−43781号公報(特許文献2)に記載の電極が開示されている。 Further, for example, an electrode described in JP-A-11-43781 (Patent Document 2) is disclosed.
図10は、上記特許文献2に開示された電極の断面図である。電極200は、焼結型セラミックス211、212にメッキ、蒸着、溶射、またはコーティングして金属電極201、202を付着させることにより確実に電極を形成し、この電極に交流電圧を印加することにより上記問題を解決している。
しかしながら、上記特許文献1、2に開示された、メッキ、蒸着、溶射、または、コーティングなどで成膜した電極は、電極の厚さが数10ミクロン程度しか形成できない。また、膜の導電率がバルクの金属に比べて低く、電極に高電力を投入しても電極での損失が大きくなり、その発熱の影響が大きくなる。そのため、電離電圧の低いHe(ヘリウム)ガスなどを主に反応ガスとして用いたプラズマ処理では上記のような薄膜の電極を用いることもできる。しかし、電離電圧の高いハロゲン系やシラン系の反応ガスなどを用いたエッチングや成膜などの用途のプラズマ処理をすると、電極に高電力を投入しないと放電が安定しにくい場合や、プロセス速度が不十分な場合がある。このような場合において、電極として上記のような薄膜の電極を用いると、バルクの金属電極に比べて抵抗が高いためにジュール熱が大きくなる。そのため、薄膜電極の温度が上昇して溶融したり、温度上昇により誘電体との熱膨張量差が生じ、薄膜が誘電体から剥離したりするなどの問題がある。
However, the electrodes disclosed in
それゆえ本発明の目的は、大電力を投入でき、長時間安定してプラズマ処理できる電極および該電極を用いたプラズマプロセス装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide an electrode capable of supplying a large amount of power and capable of performing plasma processing stably for a long time and a plasma process apparatus using the electrode.
この発明にしたがった電極は、金属電極と、誘電体と、薄膜と、緩衝部材とを備える。誘電体は、金属電極と対向するように配置される。薄膜は、誘電体において金属電極に対向する面の少なくとも一部を覆うように形成される。緩衝部材は、金属電極と薄膜とを接続する導電性の部材である。 The electrode according to the present invention includes a metal electrode, a dielectric, a thin film, and a buffer member. The dielectric is disposed so as to face the metal electrode. The thin film is formed so as to cover at least a part of the surface of the dielectric facing the metal electrode. The buffer member is a conductive member that connects the metal electrode and the thin film.
これにより、金属電極と薄膜との間に緩衝部材が媒介物として存在している。緩衝部材は、誘電体と誘電体の表面形状に依存して形成された金属電極との接触性を良好にしている。そのため、緩衝部材を媒介としてプラズマにより加熱された誘電体の熱を金属電極へ伝えることができる。よって、大電力を投入しても電極の温度の上昇を抑えることができる。 Thereby, the buffer member exists as a medium between the metal electrode and the thin film. The buffer member has good contact between the dielectric and the metal electrode formed depending on the surface shape of the dielectric. Therefore, the heat of the dielectric heated by the plasma can be transmitted to the metal electrode through the buffer member. Therefore, an increase in electrode temperature can be suppressed even when a large amount of power is applied.
上記の電極において好ましくは、緩衝部材が、バネ状の合金である。この場合の「緩衝部材」とは、金属電極と誘電体との熱膨張により生じるそれぞれの延びを吸収できる弾性体を意味する。また、「ばね状の合金」とは、弾性を有する合金の材料を意味する。 In the above electrode, the buffer member is preferably a spring-like alloy. The “buffer member” in this case means an elastic body that can absorb the respective elongations caused by the thermal expansion of the metal electrode and the dielectric. The “spring-like alloy” means an alloy material having elasticity.
これにより、電極に熱が加わった場合でも、緩衝部材により金属電極と薄膜との接続部に間隙などの接触不良部が発生することを防止できる。 Thereby, even when heat is applied to the electrode, it is possible to prevent a contact failure portion such as a gap from being generated in the connection portion between the metal electrode and the thin film by the buffer member.
上記の電極において好ましくは、緩衝部材が、導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んでいる。 Preferably, in the above electrode, the buffer member includes any one of a conductive adhesive and a conductive paste.
これにより、緩衝部材と、薄膜や金属電極との接触面積を大きくできるため、接触抵抗を低減することができる。 Thereby, since the contact area of a buffer member and a thin film or a metal electrode can be enlarged, contact resistance can be reduced.
上記の電極において好ましくは、プラズマを発生させる電極であって、金属電極と薄膜とが接続される位置は、プラズマを発生させる領域と接する誘電体の面と反対側に、少なくとも1箇所ある。 In the above electrode, preferably, the electrode that generates plasma, and the metal electrode and the thin film are connected to at least one position on the side opposite to the surface of the dielectric that is in contact with the region that generates plasma.
これにより、大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、長時間安定してプラズマ処理できる。 As a result, the temperature rise of the electrode can be suppressed even when a large amount of power is applied, and plasma processing can be performed stably for a long time.
上記の電極において好ましくは、金属電極から誘電体を見る方向において、方向に垂直な仮想面に対し、投影した金属電極の投影形状は、仮想面に投影した誘電体の投影形状に含まれるように、誘電体の形状が決定されている。 Preferably, in the above electrode, the projected shape of the projected metal electrode is included in the projected shape of the dielectric projected on the virtual plane with respect to the virtual plane perpendicular to the direction in the direction of viewing the dielectric from the metal electrode. The shape of the dielectric has been determined.
これにより、放電を防止することができる。また、電極を最大限利用できるため、大電力を効率良く投入することができる。 Thereby, discharge can be prevented. In addition, since the electrode can be used to the maximum extent, a large amount of power can be input efficiently.
本発明のプラズマプロセス装置は、電極を少なくとも1つ備え、電極近傍に反応ガスを導入するガス導入手段と、電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段とをさらに備えている。 The plasma process apparatus of the present invention further includes at least one electrode, and further includes a gas introduction unit that introduces a reactive gas in the vicinity of the electrode, and a voltage application unit that applies a high-frequency voltage to the electrode.
これにより、大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、長時間安定してプラズマ処理できる。 As a result, the temperature rise of the electrode can be suppressed even when a large amount of power is applied, and plasma processing can be performed stably for a long time.
上記のプラズマプロセス装置において好ましくは、大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマを生成する。 In the above plasma processing apparatus, preferably, plasma is generated under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
これにより、大気圧または大気圧近傍の圧力下において、大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、長時間安定してプラズマ処理できる。 As a result, an increase in electrode temperature can be suppressed even when a large amount of electric power is applied under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, and plasma processing can be performed stably for a long time.
なお、「大気圧近傍の圧力」とは、1.0×104Pa以上1.1×105Pa以下の圧力範囲を意味する。 The “pressure in the vicinity of atmospheric pressure” means a pressure range of 1.0 × 10 4 Pa or more and 1.1 × 10 5 Pa or less.
このように、本発明によれば、緩衝部材を誘電体の一部を覆う薄膜と金属電極とを接続しているため、大気圧または大気圧近傍下の圧力下で大電力を投入しても電極の温度上昇が抑えられ、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理できる。 As described above, according to the present invention, since the buffer member connects the thin film that covers a part of the dielectric and the metal electrode, even if a large amount of electric power is applied under a pressure at or near atmospheric pressure. The temperature rise of the electrode can be suppressed, unnecessary discharge can be eliminated, and plasma processing can be performed stably for a long time.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による電極を示す断面模式図である。図1を参照して、本発明の実施の形態1による電極を説明する。本発明の実施の形態1による電極は、図1に示すように、たとえば直接放電式の電極としている。直接放電方式の電極は、高周波印加側の電極51と接地側の電極52とを備える。本発明の実施の形態1による高周波印加側の電極51は、図1に示すように、たとえば、金属電極11と、誘電体21と、薄膜31と緩衝部材41とを備える。また、本発明の実施の形態1による接地側の電極52は、図1に示すように、たとえば金属電極12と、誘電体22と、薄膜32と緩衝部材42とを備える。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an electrode according to Embodiment 1 of the present invention. An electrode according to Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIG. The electrode according to the first embodiment of the present invention is, for example, a direct discharge type electrode as shown in FIG. The direct discharge type electrode includes an
なお、電極51は、整合器72を介して電圧印加手段71と接続され、電極52は、接地されることにより、電極51、52の間に高周波電圧が印加される。電極51と電極52との間に被処理基板61が配置されている。
The
誘電体21、22は、金属電極11、12とそれぞれ対向するように配置されている。薄膜31、32は、誘電体21、22において金属電極11、12に対向する面の少なくとも一部を覆うようにそれぞれ形成されている。また、薄膜31、32は、導電性である。緩衝部材41、42は、金属電極11、12と薄膜31、32とをそれぞれ接続している。また、緩衝部材41、42は、導電性である。
The
なお、薄膜31、32は誘電体21、22の一部を覆うように形成されており、薄膜31、32は一定条件下で成膜されている。たとえば、薄膜31、32と誘電体21、22との間に熱が加わった場合であっても薄膜31、32が剥がれない必要がある。誘電体21、22に薄膜31、32を形成する時に、材料や成膜時の温度等を一定条件として密着良く成膜している。あるいは、薄膜31、32に応力が負荷されないように、成膜方法、成膜時の成膜速度等を一定条件としたり、添加剤を加えたり、合金にするなどとしている。
The
電極51、52は、プラズマを発生させる電極である。金属電極11、12と薄膜31、32とが接続される位置は、プラズマAの発生する領域と接する誘電体21、22の面と反対側にそれぞれ2箇所ある。
The
高周波印加側の電極51の金属電極11から誘電体22を見る方向Dにおいて、方向Dに垂直な仮想面Hに対し、投影した金属電極11の投影形状L11は、仮想面Hに投影した誘電体21の投影形状L21に含まれるように、誘電体21の形状が決定されている。なお、接地側の電極52における金属電極12と誘電体22との関係についても同様である。
In a direction D in which the dielectric 22 is viewed from the
金属電極11、12の材料は、たとえばAl(アルミニウム)を用いている。金属電極11、12の材料は、AlやCu(銅)などの金属材料や合金などの、導電率が1×106[1/Ω・m]以上のものを用いることが好ましい。さらに、導電率が∞である完全導体を用いるのが好ましい。導電率が1×106[1/Ω・m]よりも小さい材料を用いると、高周波の伝播損失が大きくなるからである。なお、電極の大型化や電源の高周波化をする場合には、AlまたはCuなどの導電率が1×107[1/Ω・m]以上の材料のものを用いることが好ましい。
For example, Al (aluminum) is used as the material of the
誘電体21、22の材料は、たとえば焼結型のアルミナを用いている。誘電体21、22の材料は、電気的絶縁性、耐熱性、耐腐食性、耐プラズマ性、加工性、および低損失性などが優れているものを用いることが好ましい。当該性質を備えたものとして、誘電体21、22の材料は、たとえばジルコニア系、窒化珪素系、窒化アルミ系の焼結型のセラミックスを用いても良い。また、誘電体21、22の他の材料としては、Ag(銀)、Al、および前記材料を含む合金材料のうち導電率が高い材料についても用いることができる。また、誘電体21、22の形状は、平板形状としている。
As the material of the
薄膜31、32は、誘電体21、22の金属電極11、12側の面に、蒸着、メッキ、または溶射等により、1μm以上100μm以下の厚さに成膜させている。
The
緩衝部材41、42は、バネ性を有し、かつ導電性が良いBeCuを用いている。バネ性を有するBeCuを用いると、導電性を導電性接着剤や導電性ペーストより高くできる。また、幅が5mm以上20mm以下で、厚さが10μm以上1mm以下のものを用いている。緩衝部材41、42は、金属電極11、12と薄膜31、32とが対向するそれぞれの面の外周にわたって1mm以上10mm以下の間隔で接続している。緩衝部材41、42の材料としては、バネ性を有し、導電率が1×106[1/Ω・m]以上のものを用いるのが好ましい。たとえば、上記材料の他に、SUSや真鍮などを用いることもできる。また、上記のようなバネ性を有する材料以外に、たとえば、Agフィラー等を含む導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んだものを用いることもできる。導電性接着剤、および導電性ペーストのいずれか一方を含んだものを材料として用いると、バネ性の材料に比べて、薄膜31、32や金属電極11、12との接触面積を大きくできるので、接触抵抗を下げることができる。
The
次に、電極51における電磁界について説明する。電極51において、図1に示すように、金属電極11と薄膜31との間にある距離D41を0.1mmとした場合において、隙間部の距離D41での電界を知るために電磁界解析を行った。図2にその結果を示す。図2は、薄膜31と金属電極11との間の電界強度を示す図である。図2において、縦軸は電界強度(単位:a.u.)を示し、横軸は薄膜31における端部からの位置(単位:mm)を示す。図2に示すように、緩衝部材41を4mm間隔で3箇所に配置している状態としており、隙間部での電界強度は、緩衝部材41を有していない電極の電界強度に比べて、2桁以上低くなった。なお、隙間部は金属材料で囲まれる構成としたため、隙間部での電界は0となるので不要な放電は発生し得ない。
Next, the electromagnetic field in the
また、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、電極51と電極52との間に反応ガスを導入し、たとえば周波数が13.56MHzの高周波電圧を電圧印加手段71により印加してプラズマAを生成すると、隙間部での不要な放電は生じることはない。また、電極は薄膜電極のみではなく主として金属電極としているため熱容量が大きく電極51、52の温度上昇を抑えることができる。そのため、効率的にプラズマAを生成でき、被処理基板61へプラズマAを供給することができる。
In addition, a reactive gas is introduced between the
一方、緩衝部材41を設けない場合は、薄膜31を形成しても金属電極11と薄膜31との間の隙間部の電界強度(図2における非接続の場合)は、放電する時の電界強度とほぼ同等となった。また、高電力を投入すると、隙間部で不要な放電が生じ、被処理基板61へプラズマAを供給するための電力を効率的に供給することができなかった。
On the other hand, when the
次に、本発明による実施の形態1による電極51、52を用いたプラズマプロセス装置について説明する。図3は、本発明の実施の形態1によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。図1および図3を参照して、本発明の実施の形態1によるプラズマプロセス装置を説明する。本発明の実施の形態1によるプラズマプロセス装置は、図1、3に示すように、たとえば直接放電式の電極51、52を用いたプラズマプロセス装置としている。
Next, a plasma processing apparatus using the
プラズマプロセス装置10は、電極51、52と、ガス導入手段81と、ガス排出部91と、電圧印加手段71と、整合器72と、搬送部101と、シールド部111とを備えている。ガス導入手段81は電極51、52近傍に反応ガスを導入する。電圧印加手段71は、電極51、52に高周波電圧を印加する。
The
被処理基板61は、たとえばガラス基板にSi系の薄膜とレジストパターンが形成されたものを用いた。被処理基板61は、搬送部101により、被処理基板61の長軸方向(図3において左方向から右方向)を搬送方向として、プラズマプロセス装置10に搬送される。搬送部101の搬送方式としては、たとえばコロ搬送方式としているが、特にこの構成に限定されない。たとえば、ローラ搬送方式やベルト搬送方式を用いても良い。
As the
ガス導入手段81には、反応ガスとして、たとえばヘリウムガスとフッ素系のガスと酸素ガスとを混合したガスを導入した。反応ガスはこれに特に限定されず、反応ガスの種類、混合比、および流量は、被処理膜の膜種と下層膜とレジストとの選択比および処理時間などに応じて適宜選択できる。 For example, a gas obtained by mixing helium gas, fluorine-based gas, and oxygen gas is introduced into the gas introduction means 81 as a reaction gas. The reaction gas is not particularly limited to this, and the type, mixing ratio, and flow rate of the reaction gas can be appropriately selected depending on the film type of the film to be processed, the selection ratio between the lower layer film and the resist, the processing time, and the like.
反応ガスは、ガス導入手段81から導入され、電極51と電極52との電極間を通り、被処理基板61が搬送される経路を流路として通り、ガス排出部91から排出される。電極51、52はアルミ等で形成されたシールド部111の中に配置されている。シールド部111では、その中に配置された電極51、52に高周波電圧を印加しても、電磁波が外部に漏れないような構成としている。
The reaction gas is introduced from the gas introduction means 81, passes between the
実施の形態1では、図3に示すように、誘電体21、22の厚さD21、D22をそれぞれ5mm、誘電体21、22における他方の電極側の表面間(対向する表面間)の距離D10を5mmとしている。
In the first embodiment, as shown in FIG. 3, the thicknesses D21 and D22 of the
次に、プラズマプロセス装置10の動作方法について説明する。実施の形態1によるプラズマプロセス装置において、たとえばプラズマ処理としてエッチング処理を行った場合について説明する。
Next, an operation method of the
電極51には整合器72を介して、たとえば周波数が13.56MHzの電圧印加手段71を接続する。次いで、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、高周波電圧を印加して、電極51と電極52との間にプラズマAを発生させる。そして、電極51と電極52との間に配置、搬送される被処理基板61の片側の面または両側の面におけるSi系薄膜に、プラズマ処理としてエッチング処理を行なった。
For example, voltage applying means 71 having a frequency of 13.56 MHz is connected to the
なお、電圧印加手段71の周波数は、プロセス処理速度とプロセスの均一性に関係し、トレードオフの関係となっているため、目的に応じて10kHzから100MHz程度の周波数から適宜選択することができる。また、電力はプロセス処理速度と関係があるため、所望の処理速度が得られるような電力を適宜選択することができる。
The frequency of the
以上説明したように、実施の形態1による電極51、52は、金属電極11、12と薄膜31、32とを接続する導電性の緩衝部材41、42とを備えている。そのため、加熱により薄膜31、32と金属電極11、12とが熱膨張して膨張による変位量の差ができても、緩衝部材41、42が吸収するので、金属電極11、12と薄膜31、32との接続部に間隙などの接触不良部が発生することがない。一方、熱膨張しない場合であっても、薄膜31、32は誘電体21、22に形成されているので、薄膜31、32の形状は誘電体21、22の表面形状に依存して形成される。そのため、薄膜31、32と金属電極11、12とを緩衝部材41、42を媒介物として接触させているため、接触の困難性を回避している。よって、電極51、52は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても、緩衝部材41、42を媒介として、誘電体21、22に割れ等が生じずに誘電体21、22に加えられた熱を金属電極11、12へ伝えることができるため、電極51、52の温度上昇が抑えられると共に、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理することができる。
As described above, the
また、緩衝部材41、42は、バネ状の合金(バネ性を有する合金)としている。そのため、導電性を高くすることができる。よって、緩衝部材としての役割を果たすことができる。
The
さらに、電極51、52は、プラズマを発生させる電極であって、金属電極11、12と薄膜31、32とが接続される位置は、プラズマAを発生させる領域と接する誘電体21、22の面と反対側に、少なくとも1箇所ある。そのため、大電力を投入しても、緩衝部材41、42を媒介として、誘電体21、22に加えられた熱を金属電極11、12へ伝えることができるため、電極の温度上昇が抑えられ、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理できる。
Furthermore, the
さらには、金属電極11から誘電体21を見る方向Dにおいて、方向Dに垂直な仮想面Hに対し、投影した金属電極11、12の投影形状L11は、仮想面Hに投影した誘電体21の投影形状L21に含まれるように、誘電体の形状が決定されている。そのため、放電を防止することができる。
Furthermore, in the direction D when the dielectric 21 is viewed from the
また、実施の形態1によるプラズマプロセス装置10は、上記の電極51、52を備え、電極51、52近傍に反応ガスを導入するガス導入手段81と、電極51に高周波電圧を印加する電圧印加手段71とを備えている。そのため、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても電力を効率的に利用でき、長時間安定にプラズマ処理を行なうことができる。
The
(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2による電極を示す断面模式図である。図4を参照して、本発明の実施の形態2による電極を説明する。本発明の実施の形態2による電極は、図4に示すように、たとえばリモート方式の電極としている。図4を参照して、実施の形態2による電極の構成は、基本的には本発明の実施の形態1による電極51、52と同様の構成を備えるが、1個の高周波印加側の電極51と2個と接地側の電極52を備える点において、図1に示した電極と異なる。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing an electrode according to
詳細には、電極51、52は、実施の形態1と同様の構成である。電極51、52は、図4に示すように、高周波印加側の電極51が2つの接地側の電極52で挟まれる構成としており、図4において横方向に並ぶように配置されている。
Specifically, the
図4に示すように、高周波印加側の電極51における誘電体21は、断面の形状を略U字状としている。接地側の電極52における誘電体22は、断面の形状を略L字状としている。
As shown in FIG. 4, the dielectric 21 in the
緩衝部材41は、金属電極11と薄膜31とを接続している。緩衝部材41は、金属電極11と薄膜31との間の対向面の外周(誘電体21の上部開口部側における金属電極11の端部)に幅を10mmとし、間隔を5mmとして配置している。
The
次に、緩衝部材41の機能について説明する。誘電体21の断面を上記のように略U字形状に加工する場合には、角部の加工精度および組立精度等により、金属電極11と薄膜31との間に隙間が生じる場合がある。同様に、電極52側の誘電体22の断面を上記のように略L字形状に加工する場合には、金属電極12と薄膜32との間に隙間が生じる場合がある。しかし、このような隙間が生じても、上述したように緩衝部材41、42を金属電極11、12と薄膜31、32とを接続するように配置することにより、隙間部での不要な放電は生じることはない。
Next, the function of the
また、電極51、52は金属電極としているため熱容量が大きく、電極51、52の温度上昇が抑えられる。そのため、効率的にプラズマBを生成でき、被処理基板61へプラズマBを供給することができる。
Further, since the
一方、緩衝部材41、42を備えていない場合には、誘電体21、22の一部を覆うように薄膜31、32をそれぞれ形成しても、金属電極11、12と薄膜31、32とのそれぞれの間の隙間部において、不要な放電は生じた。その結果、プラズマ処理部へ電力を効率的に供給することができなかった。
On the other hand, when the
なお、実施の形態2で示した誘電体21、22の形状は、これに特に限定されない。たとえば、金属電極11、12を囲む形状であれば、どのような形状でも良い。
The shapes of the
次に、本発明による実施の形態2による電極51、52を用いたプラズマプロセス装置について説明する。図5は、本発明の実施の形態2によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。図4および図5を参照して、本発明の実施の形態2によるプラズマプロセス装置を説明する。本発明の実施の形態2によるプラズマプロセス装置は、図4、5に示すように、たとえばリモート方式の電極51、52を用いたプラズマプロセス装置としている。
Next, a plasma processing apparatus using the
図5を参照して、実施の形態2によるプラズマプロセス装置20の構成は、基本的には本発明の実施の形態1によるプラズマプロセス装置10と同様の構成を備えるが、リモート方式の電極51、52を備えている点において図3に示したプラズマプロセス装置10と異なる。
Referring to FIG. 5, the configuration of
詳細には、プラズマプロセス装置20は、1個の高周波印加側の電極51と、2個の接地側の電極52と、ガス導入手段81と、2箇所のガス排出部91と、電圧印加手段71と、整合器72と、搬送部101と、シールド部111とを備えている。
Specifically, the
反応ガスは、ガス導入手段81から導入され、電極51と電極52との電極間である2流路に分岐され、被処理基板61が搬送される経路を通り、2箇所のガス排出部91から排出される。
The reaction gas is introduced from the gas introduction means 81, is branched into two flow paths between the
実施の形態2では、図5に示すように、誘電体21、22の厚さD21、D22をそれぞれ5mm、誘電体21、22における他方の電極側の表面間の距離D20を1mmとしている。
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the thicknesses D21 and D22 of the
次に、プラズマプロセス装置20の動作方法について説明する。実施の形態2によるプラズマプロセス装置において、たとえばプラズマ処理としてエッチング処理を行った場合について説明する。
Next, an operation method of the
電極51には整合器72を介して、たとえば周波数が13.56MHzの電圧印加手段71を接続する。次いで、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、高周波電圧を印加して、電極51と電極52との間にプラズマBを発生させる。そして、イオンや活性種がガス流により被処理基板61に運ばれる。これにより、リモートで被処理基板61のSi系薄膜にプラズマ処理としてエッチング処理を行なった。
For example, voltage applying means 71 having a frequency of 13.56 MHz is connected to the
なお、実施の形態2では、1個の電極51と2個の電極52を備えている構成としたが、特にこの構成に限定されない。たとえば、電極51が2個、電極52が3個として放電箇所を増やす構成や、実施の形態2による電極を複数組備える等として、プラズマ処理速度を上げる構成としても良い。
In the second embodiment, one
以上説明したように、実施の形態2による電極51、52は、金属電極11、12と薄膜31、32とを接続する導電性の緩衝部材41、42と備えている。よって、電極51、52は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても、緩衝部材41、42を媒介として、誘電体21、22に加えられた熱を金属電極11、12へ伝えることができるため、電極の温度上昇が抑えられると共に、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理することができる。
As described above, the
また、実施の形態2によるプラズマプロセス装置20は、上記の電極51、52を備え、電極51、52近傍に反応ガスを導入するガス導入手段81と、電極51に高周波電圧を印加する電圧印加手段71とを備えている。そのため、リモート方式の電極によるプラズマプロセス装置として、大電力を投入しても電力を効率的に利用でき、長時間安定にプラズマ処理を行なうことができる。
The
(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3による電極を示す断面模式図である。図6を参照して、本発明の実施の形態3による電極を説明する。本発明の実施の形態3による電極は、図6に示すように、たとえば直接放電方式およびリモート方式とは異なる方式の電極としている。図6を参照して、実施の形態3による電極の構成は、基本的には本発明の実施の形態2による電極51、52と同様の構成を備えるが、電極51と電極52の対向面側には放電空間はない点において、図4に示した電極と異なる。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an electrode according to Embodiment 3 of the present invention. An electrode according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 6, the electrode according to the third embodiment of the present invention is an electrode of a system different from, for example, a direct discharge system and a remote system. Referring to FIG. 6, the configuration of the electrode according to the third embodiment is basically the same as that of
詳細には、図6に示すように、誘電体23は、電極51と電極52の両方の電極を覆う構成としている。誘電体23において高周波側の電極51側の断面形状は、略U字状としている。誘電体23において接地側の電極52側の断面形状は、略L字状としている。そして、電極51および電極52において、被処理基板61側の領域で放電する構成としている。
Specifically, as shown in FIG. 6, the dielectric 23 is configured to cover both the
電極51と電極52の対向面側には放電空間はない構成としているため、誘電体23は1つの部材で構成しているが、特にこの構成に限定されない。たとえば、複数の部品で上記の形状となるように誘電体23を形成しても良い。
Since the discharge space does not exist on the opposing surface side of the
次に、緩衝部材41、42の機能について説明する。実施の形態2で説明したのと同様に、誘電体23の断面形状が上記の通りであるため、金属電極11と薄膜31、32との間にそれぞれ隙間が生じる場合がある。しかし、このような隙間が生じても、緩衝部材41、42を上記のように配置することにより、隙間部での不要な放電は生じることはない。
Next, the function of the
また、電極51、52は金属電極としているため、電極51、52の温度上昇を抑えることができる。そのため、効率的にプラズマCを生成でき、被処理基板61へプラズマCを供給することができる。
Moreover, since the
一方、緩衝部材41、42を備えていない場合には、金属電極11、12と薄膜31、32とのそれぞれの間の隙間部において、不要な放電が同様に生じる。
On the other hand, when the
なお、実施の形態3で示した誘電体23の形状は、これに特に限定されない。電極のうち高電界が発生する側が誘電体で囲まれる形状であれば、たとえば誘電体23において接地側の電極52側の断面形状は、略U字形状であっても良い。
The shape of the dielectric 23 shown in the third embodiment is not particularly limited to this. As long as the side on which the high electric field is generated is surrounded by the dielectric, the cross-sectional shape of the dielectric 23 on the side of the
次に、本発明による実施の形態3による電極51、52を用いたプラズマプロセス装置について説明する。図7は、本発明の実施の形態3によるプラズマプロセス装置を示す断面図である。図6および図7を参照して、本発明の実施の形態3によるプラズマプロセス装置を説明する。本発明の実施の形態3によるプラズマプロセス装置は、図6、7に示すように、たとえば直接放電方式およびリモート方式と異なる方式の電極51、52を用いたプラズマプロセス装置としている。
Next, a plasma processing apparatus using the
図7を参照して、実施の形態3によるプラズマプロセス装置30の構成は、基本的には本発明の実施の形態2によるプラズマプロセス装置20と同様の構成を備えるが、直接放電方式およびリモート方式と異なる方式の電極51、52を備えている点において図5に示したプラズマプロセス装置20と異なる。
Referring to FIG. 7, the configuration of
詳細には、プラズマプロセス装置30は、1個の高周波印加側の電極51と、2個の接地側の電極52と、ガス導入手段81と、1箇所のガス排出部91と、電圧印加手段71と、整合器72と、搬送部101と、シールド部111とを備えている。
Specifically, the
反応ガスは、ガス導入手段81から導入され、被処理基板61が搬送される経路を通り、ガス排出部91から排出される。実施の形態3によるプラズマプロセス装置30における反応ガスの流路は1流路である。
The reaction gas is introduced from the gas introduction means 81, passes through a path through which the
また、実施の形態3では、図7に示すように、誘電体23の厚さD23を5mmとしている。 In the third embodiment, as shown in FIG. 7, the thickness D23 of the dielectric 23 is 5 mm.
次に、プラズマプロセス装置30の動作方法について説明する。実施の形態3によるプラズマプロセス装置において、たとえばプラズマ処理としてエッチング処理を行った場合について説明する。
Next, an operation method of the
電極51には整合器72を介して、たとえば周波数が13.56MHzの電圧印加手段71を接続する。次いで、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、高周波電圧を印加して、電極51と電極52との間において下側の領域にプラズマCを発生させる。その領域はプラズマプロセス装置30では2箇所存在する。そして、イオンや活性種が被処理基板61に作用する。これにより、被処理基板61のSi系薄膜にプラズマ処理としてエッチング処理を行なった。
For example, voltage applying means 71 having a frequency of 13.56 MHz is connected to the
なお、実施の形態3では、1個の電極51と2個の電極52とを備えている場合としたが、特にこの構成に限定されない。たとえば、電極51が2個、電極52が3個として放電箇所を増やす構成や、実施の形態3による電極を複数組備える等として、プラズマ処理速度を上げる構成としても良い。
In the third embodiment, one
以上説明したように、実施の形態3による電極51、52は、金属電極11、12と薄膜31、32とを接続する導電性の緩衝部材41、42とを備えている。よって、電極51、52は、本発明の実施の形態1、2と同様に、大気圧または大気圧近傍の圧力下で大電力を投入しても、電極の温度上昇が抑えられると共に、不要な放電をなくし長時間安定してプラズマ処理することができる。
As described above, the
また、実施の形態3によるプラズマプロセス装置30は、上記の電極51、52を備え、電極51、52近傍に反応ガスを導入するガス導入手段81と、電極51に高周波電圧を印加する電圧印加手段71とを備えている。そのため、直接放電方式およびリモート方式以外の方式の電極によるプラズマプロセス装置として、大電力を投入しても電力を効率的に利用でき、長時間安定にプラズマ処理を行なうことができる。
The
次に、実施の形態3の変形例について説明する。図8(B)、(C)は、本発明の実施の形態3による電極51の変形例1、2における電極を示す断面図である。なお、図8(A)は、図6に示す電極51の拡大断面図である。
Next, a modification of the third embodiment will be described. FIGS. 8B and 8C are cross-sectional views showing electrodes in
図8(B)は、変形例1による電極110の拡大断面図である。図8(B)を参照して、変形例1による電極110の構成は、実施の形態3による電極51と同様の構成を備えるが、金属電極11および薄膜31の配置において、図8(A)に示した電極51と異なる。
FIG. 8B is an enlarged cross-sectional view of the
詳細には、図8(B)に示すように、誘電体21の形状を略U字状とし、その金属電極11に対向する面を覆うように薄膜31を形成している。そのため、薄膜31の形状も略U字状としている。薄膜31の下面において金属電極11と当接するように、金属電極11および薄膜31を配置している。
Specifically, as shown in FIG. 8B, the shape of the dielectric 21 is substantially U-shaped, and the
実施の形態3による電極51および後述する図9に示す参考例による電極150では、隙間部での放電は生じないが、誘電体21の温度が上昇し、誘電体21が割れ、高電力を投入できない場合がある。この誘電体21の割れの原因は、以下のように考えられる。
In the
プラズマを発生する際に、プラズマCにより誘電体21のプラズマ発生側の面が加熱される。電極51および電極150は、発生するプラズマの近傍に薄膜31と金属電極11との間の隙間部を有している。この隙間部は空気層である。空気の熱伝導率は、2.6×10-2[W/m・K]と低い。そのため、たとえば、金属電極11に流路を設け(図示せず)、20℃前後の水などの冷媒等を循環させて、金属電極11を冷却する。しかし、上記の空気層があるために誘電体21の表面は冷却され難い。そのため、誘電体21の表面が500℃以上となる場合があり、誘電体21と金属電極11との熱膨張量差や温度分布等により、局所的に応力が発生し、誘電体21に割れが生じる場合があると考えられる。
When the plasma is generated, the surface of the dielectric 21 on the plasma generation side is heated by the plasma C. The
しかしながら、上記の変形例1による電極110では、薄膜31と金属電極11とが当接する配置にしてプラズマ処理を行なうことができる。そのため、電極110は、プラズマCを発生する領域のように熱流束が大きい領域において、熱伝導および電気伝導を良好にできる。具体的には、プラズマの発生する領域に近い領域である誘電体21の下部において、金属電極11と誘電体21とが接触している。したがって、当該接触部を介して誘電体21にプラズマにより加えられた熱を金属電極11へ伝えることができる。この結果、誘電体21を十分冷却できる。よって、誘電体21の表面の温度を300℃以下に下げることができるので、誘電体21の割れが発生せず、隙間部での不要な放電を防止することができる。
However, in the
図8(C)は、変形例2による電極120の拡大断面図である。図8(C)を参照して、変形例2による電極120の構成は、実施の形態3による電極51と同様の構成を備えるが、緩衝部材41の配置において、図8(A)に示した電極51と異なる。
FIG. 8C is an enlarged cross-sectional view of the
詳細には、図8(C)に示すように、金属電極11と薄膜31とが接続される位置は、プラズマCを発生させる領域と接する誘電体21の面と反対側に3箇所ある。接続される3箇所の位置は、U字状の金属電極11における1箇所の内周下面と2箇所の内周上面である。
Specifically, as shown in FIG. 8C, there are three positions where the
変形例2による電極120を上記構成とし、緩衝部材41を高導電率を有すると共に熱伝導率が10[W/m・K]以上の高熱伝導率を有するものを用いれば、金属電極11と薄膜31との間の熱伝導を高めることができる。そのため、金属電極11に設けた水などの冷媒等による冷却効果が大きくなり、誘電体21の表面温度を300℃以下に下げることができる。よって、大電力を投入しても誘電体21の割れを防止することができる。
If the
図9は、参考例による電極150の拡大断面図である。図9を参照して、参考例による電極150の構成は、実施の形態3による電極51と基本的には同様の構成を備えるが、緩衝部材41を備えていない点と、金属電極11および誘電体21の形状において、図8(A)に示した電極51と異なる。
FIG. 9 is an enlarged cross-sectional view of an
詳細には、金属電極11の断面形状を略T字状とし、誘電体21の断面形状を略U字状としている。そして、誘電体21の上面に形成された薄膜31と当接するように金属電極11を備える。
Specifically, the cross-sectional shape of the
参考例による電極150を上記形状とすることにより、金属電極11と薄膜31とを、金属電極11の外側に張り出したフランジ部下で電気的に接続することが可能となり、電極150に大電力を投入しても、金属電極11と薄膜31との間で放電しない構成とすることができる。
By making the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等な意味および範囲内でのすべての変更点が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
10,20,30 プラズマプロセス装置、11,12 金属電極、21〜23 誘電体、31,32 薄膜、41,42 緩衝部材、51,52,110,120,150 電極、61 被処理基板、71 電圧印加手段、72 整合器、81 ガス導入手段、91 ガス排出部、101 搬送部、111 シールド部、200 電極、201 金属電極、211,212 焼結型セラミックス、A〜C プラズマ、D 方向、H 仮想面。 10, 20, 30 Plasma process apparatus, 11, 12 Metal electrode, 21-23 Dielectric, 31, 32 Thin film, 41, 42 Buffer member, 51, 52, 110, 120, 150 Electrode, 61 Substrate, 71 Voltage Application means, 72 Matching device, 81 Gas introduction means, 91 Gas discharge section, 101 Conveyance section, 111 Shield section, 200 electrodes, 201 Metal electrodes, 211, 212 Sintered ceramics, AC plasma, D direction, H virtual surface.
Claims (7)
前記金属電極と対向するように配置された誘電体と、
前記誘電体において前記金属電極に対向する面の少なくとも一部を覆うように形成された導電性の薄膜と、
前記金属電極と前記薄膜とを接続する導電性の緩衝部材とを備える、電極。 A metal electrode;
A dielectric disposed to face the metal electrode;
A conductive thin film formed to cover at least a part of a surface of the dielectric material facing the metal electrode;
An electrode comprising: a conductive buffer member that connects the metal electrode and the thin film.
前記金属電極と前記薄膜とが接続される位置は、プラズマを発生させる領域と接する前記誘電体の面と反対側に、少なくとも1箇所あることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極。 An electrode for generating plasma,
The position where the metal electrode and the thin film are connected to each other is at least one on the side opposite to the surface of the dielectric that is in contact with the region where plasma is generated. The electrode according to item.
前記方向に垂直な仮想面に対し、投影した前記金属電極の投影形状は、前記仮想面に投影した前記誘電体の投影形状に含まれるように、前記誘電体の形状が決定されていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極。 In the direction of viewing the dielectric from the metal electrode,
The shape of the dielectric is determined so that the projected shape of the metal electrode projected onto the virtual surface perpendicular to the direction is included in the projected shape of the dielectric projected onto the virtual surface. The electrode according to claim 1, characterized in that it is characterized by the following.
前記電極近傍に反応ガスを導入するガス導入手段と、
前記電極に高周波電圧を印加する電圧印加手段とをさらに備えている、プラズマプロセス装置。 Comprising at least one electrode according to any one of claims 1 to 5,
Gas introduction means for introducing a reactive gas in the vicinity of the electrode;
A plasma processing apparatus, further comprising voltage applying means for applying a high frequency voltage to the electrode.
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