JP2007048661A - プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 大きな処理速度でプラズマの局所的不均一を発生させることなく均一な処理を可能とする、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法を提供する。
【解決手段】 プラズマ生成電極装置の誘電体１４に設けられる窪み１４０Ａは、プラズマ放電の開始および維持電圧を小さくするための予備放電空間部Ｐ１と、プラズマ拡大空間部Ｐ２と、プラズマ拡大空間部Ｐ２により生成されたプラズマの幅拡大を制限するプラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法に関し、さらに詳しくは、半導体装置、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、プリント基板などの製造／組立工程における薄膜形成、エッチング、アッシング、あるいは表面改質処理を、ライン状に生成されたプラズマを用いて、高速かつ均一に行なう、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法に関する。

半導体やフラットパネルディスプレイ、太陽電池、プリント基板などの製造・組立工程における薄膜形成、エッチング、アッシング、あるいは表面改質処理を行なう方法としては、低圧プラズマＣＶＤ、低圧プラズマエッチングに代表されるように、低圧条件下でグロー放電プラズマを発生させて、被処理対象物に所望の表面処理を行なう方法が既に広く実用化されている。

これらの低圧条件下におけるプラズマ処理は、目的とする処理に応じた処理ガスに対して高電界を印加することにより、処理ガスをプラズマ状態にし、このプラズマ中に生成した活性種が被処理対象物表面で反応することにより薄膜形成、表面改質、アッシング、エッチング等の処理を行なう方法である。

これらの方法は、低圧すなわちガス密度が小さいため上記活性種の密度が小さく、したがってプラズマ処理速度が小さく、装置のスループットが低い点、また、低圧環境を実現するための真空容器、真空排気装置等が必須となるため、装置が被処理対象物と比して大きく、装置価格が高いだけでなく、真空排気や大気開放に長時間を要し、装置のスループットが低い点、などの課題があり、昨今の被処理対象物の大型化に伴い、これらの課題が一層深刻な問題となっている。

この課題に対して、たとえば、特許文献１および特許文献２には、大気圧、または、大気圧近傍でプラズマ処理を行なう方法が開示されている。この方法によれば大気圧、または、大気圧近傍でプラズマ処理を行なうため、プラズマの活性種の密度を高くし処理速度を速くすることができる。また、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点、真空排気や大気開放の時間が不要である、または、短時間で済む点、装置のスループットが大きくなる点、等の利点が挙げられる。

上記大気圧、または、大気圧近傍でプラズマ処理するためのプラズマ生成電極の構造は、放電の均一性や電極の保護のために金属電極表面を固体誘電体で被覆した構造の電極を、所定の空間を挟んで対向して配置され、この一対の電極間に電位差を形成して電極間にプラズマを生成する方法が広く知られている。

また、大気圧、または、大気圧近傍でプラズマ処理方法は、プラズマを生成している電極間に被処理対象物を設置して処理する「プラズマ接触処理型」と、電極間外に被処理対象物を設置しプラズマ部を通過したガスを被処理対象物まで輸送して処理する「プラズマリモート型」に大別され、相対的に前者は加工速度が大きい点、後者は処理の均一性が良い点、プラズマによるダメージが少ない点、という長所がそれぞれあり、処理によって適宜使い分けられている。

しかし、大きな加工速度を得るために投入電力を大きくすると、局所的に不均一なプラズマが生じ、加工の均一性が悪化したり、場合によっては被処理対象物や固体誘電体を破損したりするという課題があった。

この課題を解決する方法が、特許文献３に開示されている。この特許文献３に開示された方法によれば、固体誘電体の単位面積あたりの静電容量をσ（ｐＦ／ｍ²）、上記一対の電極間に電位差を形成するための電圧周波数をＦ（ｋＨｚ）とした時、σ／Ｆを１８０以上１４００以下とすることにより、ヘリウムを用いなくとも均一なプラズマが生成できる放電装置及び放電方法が開示されている。

しかし、特許文献３に開示されたプラズマ生成方法であっても、局所的に不均一なプラズマが生じる場合があることを知見した。一例としては、より加工速度を大きくした時に局所的に不均一なプラズマが発生する。具体的には、電極間の電界を大きくした時、周波数を大きくした時、材料ガス濃度を大きくした時、および、電極間距離を大きくした時に、局所的に不均一なプラズマが生じ、総じてプラズマ密度またはプラズマ体積を大きくした時に局所的に不均一なプラズマが生じた。

局所的に不均一なプラズマが生じると、「プラズマ接触処理型」では大きな加工分布が生じるだけでなく被処理対象物の損傷、品質劣化を招いてしまう。あるいは局所的に不均一なプラズマの発生を防止するために、電極間ギャップを小さくすると、被処理対象物の処理部への搬出入や十分なガスの供給ができなくなるという課題があった。

また、「プラズマリモート型」では、プラズマに局所的な不均一があってもプラズマ部と表面反応部が離れているため、加工分布はプラズマ接触型と比して幾分緩和された分布となる。しかし、「プラズマリモート型」はプラズマ部と表面反応部とが離れているため処理速度が遅く、処理速度を大きくするためにプラズマ密度やプラズマ体積を大きくすると、プラズマの不均一性が大きくなり、結局のところプラズマ接触型と同程度の加工速度においては加工分布も同程度であり、大きな処理速度で均一な処理を行なうには、限界があった。
特開平３−２２９８８６号公報 特開平６−２１４９号公報 特開２００１−２８４０９９号公報

この発明が解決しようとする課題は、大気圧、または、大気圧近傍で、被処理対象物をプラズマ処理する際に、局所的に不均一なプラズマが生じる点にある。したがって、この発明の目的は、大きな処理速度、および高い電力効率でプラズマの局所的不均一を発生させることなく均一な処理を安定して行なうことを可能とする、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法を提供することにある。

本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討・研究を行なった結果、プラズマ維持電圧と電極間距離とがプラズマの局所的不均一に強く関連していることを見出し、大きな処理速度でプラズマの局所的不均一を発生させることなく均一な処理が可能となる、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法を発明するに至った。

この発明に基づいた、プラズマ生成電極においては、一対の電極の主たる対向面間には誘電体が配置され、該対向面間の端部近傍領域において、上記誘電体の窪みによって規定される空間部においてプラズマを生成するプラズマ生成電極であって、上記空間部を規定する上記誘電体の窪みは、一対の上記電極の主たる対向面間に位置し、プラズマ放電の開始および維持電圧を小さくするための予備放電空間部を規定する第１対向壁面部と、上記第１対向壁面部に連続して設けられ、対向間隔が第１対向壁面部の対向間隔よりも広く設けられたプラズマ拡大空間部を規定する第２対向壁面部と、によって構成されている。

また、この発明に基づいた、プラズマ処理装置においては、一対の電極の主たる対向面間には誘電体が配置され、該対向面間の端部の空間部にプラズマを生成するプラズマ生成電極を備える、被処理対象物にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、上記プラズマ生成電極に、上述した本願発明に基づくプラズマ生成電極を用い、このプラズマ生成電極のプラズマ生成面と対向して配置され、上記プラズマ生成電極に対して、上記被処理対象物を相対移動させるための被処理対象物支持手段と、上記プラズマ生成電極と上記被処理対象物との間に、ガスの供給／排気を行なうガス供給／排気口とを備えている。

また、この発明に基づいた、プラズマ処理方法においては、上記本願発明に基づいたプラズマ処理装置を用いた被処理対象物のプラズマ処理方法であって、プラズマ生成電極のプラズマ生成面と対向する位置に被処理対象物を配置し、上記プラズマ生成電極と上記被処理対象物との間にガスの供給しながら、上記プラズマ生成電極と上記被処理対象物を相対的に移動させることにより、上記被処理対象物の表面にプラズマ処理を施すことを特徴とする。

この発明に基づいた、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法によれば、誘電体の窪みにおいて、予備放電空間部を規定する第１対向壁面部と、プラズマ拡大空間部を規定する第２対向壁面部とを備えることにより、まず予備放電空間部において、比較的低い電圧でプラズマ放電を開始させることができる。その後、徐々に電圧を上昇させることで、プラズマ拡大空間部にまでプラズマが連続的に拡大し、被処理対象物の表面にプラズマ処理を施すためのプラズマを形成することが可能となる。

ここで、徐々に電圧を上昇させることで、プラズマ拡大空間部にまでプラズマを連続的に拡大させることで、プラズマを安定的に発生させることができるとともに、予備放電空間部およびプラズマ拡大空間部を設けない場合に比較して、低い電圧でプラズマの生成を維持させることを可能とする。その結果、長時間安定して大きな処理速度で均一なプラズマ処理を、被加工対象物に施すことが可能となる。

これにより、薄膜形成、エッチング、アッシング、表面改質等のプラズマ処理を行なう製造・組立工程含む、半導体装置、フラットパネルディスプレイ、太陽電池、および、プリント基板等の生産性の向上に寄与することが可能となる。

以下、本発明に基づいた各実施の形態におけるプラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の各実施の形態に示す構造は、本発明に基づくプラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法の一例を示すものであり、この実施の形態の構成によって、本発明の技術的範囲が限定して解釈されるものではない。

（実施の形態１）
まず、図１および図２を参照して、本実施の形態におけるプラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法について説明する。なお、図１は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式的断面図であり、図２は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。

（プラズマ処理装置１Ａ）
両図を参照して、本実施の形態におけるプラズマ処理装置１Ａは、プラズマ生成電極を複数備えるプラズマ生成電極装置１０と、このプラズマ生成電極装置１０に対して対向配置される被処理対象物搬送装置１００とを備えている。また、プラズマ生成電極部１０は、シールド部材２０により覆われている。

被処理対象物搬送装置１００は、フレーム１０６と、このフレーム１０６に搬送ローラ１０１，１０２，１０３，１０４，１０５が配置され、搬送ローラ１０１〜１０５の所定方向への回転により被処理対象物としての基板２００が、所定方向に搬送されることとなる。なお、各搬送ローラ１０１〜１０５は、図１の紙面に対して垂直方向に延びるように設けられている。

また、被処理対象物搬送装置１００を用いて、基板２００をプラズマ生成電極装置１０に対して移動させる構成を示しているが、基板２００はプラズマ生成電極装置１０に対して相対的に移動させることができれば良いため、被処理対象物搬送装置１００において、プラズマ処理中は、基板２００を固定的に保持し、プラズマ生成電極装置１０を移動させる機構を採用することも可能である。

プラズマ生成電極装置１０は、所定の配置ピッチでプラズマ生成電極としての電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配置されている。この電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃも、図１の紙面に対して垂直方向に延びる方向、より具体的には、基板２００の搬送方向に対して交差する方向（本実施の形態においては、直交する方向）に沿って配置されている。電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、電圧印加時における発熱による温度上昇を防止するために、冷却通路１１ｈが設けられている。この冷却通路１１ｈには、必要に応じて冷媒を通過させる。

電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃの外周面には、この電極を取囲むように、誘電体１４が設けられている。したがって、一対の電極１１ａ，１１ｂ、および、一対の電極１１ｂ，１１ｃの主たる対向面間は誘電体１４が埋設されるように配置され、この電極１１ａ，１１ｂ、および、一対の電極１１ｂ，１１ｃの対向面間の、下方の端部近傍領域には、誘電体１４の窪み１４０によって規定される空間部Ｒがそれぞれ形成されている。この空間部Ｒにおいてプラズマが生成される。この空間部Ｒを規定する窪み１４０の詳細形状については、後述する。

誘電体１４の材料としては、たとえば酸化アルミニウムや窒化珪素や窒化アルミニウム等が挙げられる。誘電体１４と、複数の電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃとは、枠体１５により保持されている。電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃには、それぞれ外部電極１２が連結され、電源１３から、高周波電力、たとえば１３．５６ＭＨｚの電力が印加される。これにより、一対の電極１１ａ，１１ｂ、および、一対の電極１１ｂ，１１ｃの間にプラズマを生成するための電界が発生することとなる。

枠体１５の基板搬送方向の上流側には、反応ガス供給口１６ｈを有する反応ガス供給装置１６が設けられ、枠体１５の基板搬送方向の下流側には、反応ガス排出口１７ｈを有する反応ガス排出装置１７が設けられている。反応ガスには、大気圧グロー放電の維持を目的としたヘリウム等の「不活性ガス」と、表面処理を目的とした「処理ガス」との混合により成り立つ。「処理ガス」としては、行ないたい表面処理内容によって異なるが、たとえば空気、窒素、酸素、四フッ化炭素ガス、六フッ化珪素ガス、メタン、アンモニア等の単独ガス又はこれらの混合ガスが挙げられる。

反応ガス供給装置１６から供給された反応ガスは、被処理対象物搬送装置１００とプラズマ生成電極装置１０との間に規定されたガス流路Ｄを通り、反応ガス排出装置１７へと排気される。

次に、図２を参照して、本実施の形態の形態における、一対の電極１１ａ，１１ｂ、および、一対の電極１１ｂ，１１ｃの対向面間の、下方の端部近傍領域に形成される誘電体１４の窪み１４０Ａの詳細形状について説明する。なお、一対の電極１１ａ，１１ｂ、および、一対の電極１１ｂ，１１ｃの対向面間は、いずれも同じ条件であることから、以降の説明においては、一対の電極１１ａ，１１ｂの対向面間について説明することとする。この窪み１４０Ａは、一対の電極１１ａ，１１ｂの主たる対向面間に位置し、プラズマ放電の開始および維持電圧を小さくするための予備放電空間部Ｐ１を規定する第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａと、この第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａにそれぞれ連続して設けられ、対向間隔が第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａの対向間隔よりも広く設けられたプラズマ拡大空間部Ｐ２を規定する第２対向壁面部１４２Ａ,１４２Ａと、さらに、この第２対向壁面部１４２Ａ，１４２Ａに連続し、プラズマ拡大空間部Ｐ２により生成されたプラズマの幅拡大を制限するプラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を規定する第３対向壁面部１４３Ａ，１４３Ａを備えている。

ここで、電極１１ａ，１１ｂの配置間隔（誘電体１４の厚さ）は、約４ｍｍに設けられ、電極１１ａ，１１ｂの下側に位置する誘電体１４の厚さも約４ｍｍである。電極１１ａ，１１ｂの断面形状は、一辺が６ｍｍの四角形状であり、角部は半径約１ｍｍのラウンド（半円）が設けられている。また、電極１１ａ，１１ｂの下端部側のそれぞれの端部を結ぶ線をラインＬ１と規定した場合に、上記第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａの一部が、このラインＬ１よりも上側（１対の電極１１，１１によって挟まれる領域側）に位置するように設けられている。

予備放電空間部Ｐ１の、ラインＬ１上における第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａの対向間隔（Ｗ１）は、約０．５ｍｍに設けられている。この対向間隔（Ｗ１）は、プラズマを発生させる観点からは、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。なお、ラインＬ１から上方への突出長さは、約０．５ｍｍである。

プラズマ拡大空間部Ｐ２は、第２対向壁面部１４２Ａ，１４２Ａの対向間隔が、電極１１ａ，１１ｂから遠ざかる（下方に向かう）にしたがって拡がるように配置されているが、本実施の形態においては、第２対向壁面部１４２Ａ，１４２Ａの対向間隔の拡がる割合が、電極１１ａ，１１ｂから遠ざかるにしたがって大きくなるように設けられている。したがって、図２に示すように、第２対向壁面部１４２Ａの表面は、外方に向かって凸となる曲面形状を有している。なお、第２対向壁面部１４２Ａの表面が直線状に傾斜する形状を採用することも可能である。

また、プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を規定する第３対向壁面部１４３Ａ，１４３Ａは、下方に向かう垂直壁からなり、その高さ方向の長さ（ｈ：基板対向面Ｕ１からの長さ））は、約０．５ｍｍである。この長さ（ｈ）は、０．５ｍｍ以上となるように設けられていることが好ましい。

また、プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を規定する第３対向壁面部１４３Ａ，１４３Ａの、プラズマ拡大空間部Ｐ２と反対側の端部（下端部）の幅（Ｗ２（ｍｍ））は、電極１１ａ，１１ｂに印加される電圧の周波数をｆ（Ｈｚ）とした場合、次の関係式（１）を満足していることが好ましい。（Ｗ２／Ｌｏｇｆ）＜１．４・・・（１）
（プラズマ処理）
次に、上記誘電体１４の窪み１４０Ａを有するプラズマ生成電極を備えたプラズマ処理装置を用いた基板２００のプラズマ処理について、再び図１を参照して説明する。反応ガス供給装置１６からガス流路Ｄに反応ガスを送り込み、反応ガス排出装置１７から反応ガスを排気することで、ガス流路Ｄに反応ガスの流れ（図１中矢印で示す方向）を形成する。なお、図１においては、基板２００の搬送方向と、反応ガスの流れ方向とは同じであるが、基板２００の搬送方向に対して、反応ガスの流れ方向を逆方向にすることも可能である。

次に、予備放電空間部Ｐ１において予備放電を発生させるため、電極１１ａ，１１ｂに所定の電圧を印加する。これにより、予備放電空間部Ｐ１にプラズマが発生する。次に、電極１１ａ，１１ｂに印加する電圧を上昇させ、プラズマをプラズマ拡大空間部Ｐ２に拡大させる。ここで、プラズマ拡大空間部Ｐ２でのプラズマの拡大は、プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３において制限され、プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３には、均一な密度のプラズマが存在することとなる。また、本実施の形態においては、３本の電極１１ａ，１１ｂ，１１ｃが配置されていることから、下面から見上げた場合には、２列のプラズマが生成される。

このように、均一な密度のプラズマが生成されたガス流路Ｄにおいて、基板２００を所定の搬送方向に移動させることで、基板２００の表面にプラズマ処理を行なうことができる。基板２００のプラズマ生成電極装置１０に対する移動速度は、基板２００へのプラズマ処理の要求に応じて選択することができる。

以上、本実施の形態における、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法によれば、誘電体１４の窪み１４０Ａにおいて、予備放電空間部Ｐ１を規定する第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａと、プラズマ拡大空間部Ｐ２を規定する第２対向壁面部１４２Ａ，１４２Ａとを備えることにより、まず予備放電空間部Ｐ１において、比較的低い電圧でプラズマ放電を開始させることができる。その後、徐々に電圧を上昇させることで、プラズマ拡大空間部Ｐ２にまでプラズマが連続的に拡大し、基板２００の表面にプラズマ処理を施すためのプラズマを形成することが可能となる。また、本実施の形態においては、プラズマ拡大空間部Ｐ２により生成されたプラズマの幅拡大を制限するプラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を規定する第３対向壁面部１４３Ａ，１４３Ａを備えていることにより、生成されたプラズマが幅方向に広がることなく、プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３の領域に留まることで、プラズマの均一化をより図ることが可能となる。なお、長尺方向（紙面に対して垂直方向）電極長が長い場合に、最も放電が起こりにくい位置においてもプラズマ拡大部Ｐ２にプラズマを拡大しようとすると、最も放電が盛んな位置での第３対向壁面部１４３Ａ，１４３Ａの高さ方向の長さが０．５ｍｍ以上でなければ、全長にわたってプラズマをプラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３の領域に留めることができなかった。

上記に説明したように、徐々に電圧を上昇させることにより、プラズマ拡大空間部Ｐ２にまでプラズマを連続的に拡大させて、プラズマを安定的に発生させることができるとともに、予備放電空間部Ｐ１およびプラズマ拡大空間部Ｐ２を設けない場合に比較して、低い電圧でプラズマの生成を維持させることが可能となる。その結果、長時間安定して大きな処理速度で均一なプラズマ処理を、基板２００に施すことが可能となる。なお、プラズマ幅が大きくなると、線状に大きな密度を持つプラズマであるフィラメント状放電に遷移し、この現象が起こるプラズマ幅はガス組成や電界分布によって異なるため、プラズマ拡大空間部Ｐ２により生成されたプラズマの幅においてこの問題が発現しない場合には、プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を設けない構成の採用も可能である。発明者らの検討によれば、概ね式（１）を満たすプラズマ幅ではフィラメント状放電に遷移しなかった。

（実施の形態２）
次に、図３を参照して、本実施の形態におけるプラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法について説明する。上記実施の形態１との相違点は、プラズマ生成電極を構成する、空間部Ｒを規定する誘電体１４の窪み１４０の形状が異なる点にある。したがって、以下の説明においては、窪み１４０の形状についてのみ詳細に説明する。なお、図３は、本実施の形態におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。

実施の形態２における窪み１４０Ｂは、上記実施の形態１と同様に、予備放電空間部Ｐ１を規定する第１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂと、この第１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂにそれぞれ連続して設けられ、対向間隔が第１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂの対向間隔よりも広く設けられたプラズマ拡大空間部Ｐ２を規定する第２対向壁面部１４２Ｂ,１４２Ｂと、さらに、この第２対向壁面部１４２Ｂ，１４２Ｂに連続し、プラズマ拡大空間部Ｐ２により生成されたプラズマの幅拡大を制限するプラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を規定する第３対向壁面部１４３Ｂ，１４３Ｂを備えている。

ここで、第１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂは、その対向間隔が、電極１１，１１から遠ざかるにしたがって拡がるように配置され、三角柱形状の空間を規定している。また、１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂの一部が、このラインＬ１よりも上側に位置するように設けられ、その突出長さは、約０．５ｍｍである。また、ラインＬ１上における第１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂの対向間隔（Ｗ１）は、約０．５ｍｍに設けられている。この対向間隔（Ｗ１）は、プラズマを発生させる観点からは、実施の形態１の場合と同様に、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。

また、プラズマ拡大空間部Ｐ２は、第２対向壁面部１４２Ｂ，１４２Ｂの対向間隔の拡がる割合が、第１対向壁面部１４１Ｂ，１４１Ｂの対向間隔が拡がる割合よりも大きくなうように配置されている。本実施の形態においては、第２対向壁面部１４２Ｂ，１４２Ｂ表面は、平面形状である。プラズマ幅拡大制限空間部Ｐ３を規定する第３対向壁面部１４３Ｂ，１４３Ｂは、上記実施の形態１における第３対向壁面部１４３Ａ，１４３Ａと同じ形態である。

以上、本実施の形態における窪み１４０Ｂを採用した場合であっても、上記実施の形態１における、プラズマ生成電極、プラズマ処理装置、および、プラズマ処理方法と同様の作用効果を得ることが可能である。

（比較例）
上記実施の形態１および２において採用した、空間部Ｒを規定する誘電体１４の窪み１４０の形状において、比較例として、他の構造を図４、図５および図６に示す。図４、図５および図６は、比較例１、２および３のプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。

図４に示す、比較例１のプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造における窪み１４０Ｃは、予備放電空間部およびプラズマ幅拡大制限空間部は形成されておらず、第２対向壁面部１４２Ｃ,１４２Ｃによって、プラズマ拡大空間部に相当する空間部Ｒのみが形成されている。上端部の第２対向壁面部１４２Ｃ,１４２Ｃの間は、約２ｍｍに形成され、ラインＬ１を突出することはなく、ラインＬ１よりも約１ｍｍ程度下方に上端部が位置している。下端部の幅（Ｗ２）は、上記関係式（１）を満足する値に形成されている。その他の条件は、上記実施の形態１および２の場合と同じである。

図５に示す、比較例２のプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造における窪み１４０Ｄは、予備放電空間部Ｐ１を規定する第１対向壁面部１４１Ｄ，１４１Ｄと、この第１対向壁面部１４１Ｄ，１４１Ｄにそれぞれ連続して設けられ、対向間隔が第１対向壁面部１４１Ｄ，１４１Ｄの対向間隔よりも広く設けられたプラズマ拡大空間部Ｐ２を規定する第２対向壁面部１４２Ｄ,１４２Ｄを備えている。ここでは１４２Ｄ,１４２Ｄは平面形状である。予備放電空間部Ｐ１の、ラインＬ１上における第１対向壁面部１４１Ｄ，１４１Ｄの対向間隔（Ｗ１）は、約１．５ｍｍに設けられている。ラインＬ１から上方への突出長さは、約１．５ｍｍである。その他の条件は、上記実施の形態１および２の場合と同じである。

図６に示す、比較例３のプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造においては、電極１１ａ，１１ｂの主たる対向面間の誘電体１４には、窪みは形成されていない。その他の条件は、上記実施の形態１および２の場合と同じである。

実施の形態１、実施の形態２、比較例１、および、比較例３の同じガス条件での放電開始電圧を比較すると、Ｖｂ１（実施の形態１）≒Ｖｂ２（実施の形態２）＜＜Ｖｂ３（比較例１）＜＜Ｖｂ４（比較例３）となり、また空間部にプラズマが満たされる加工時電圧も、Ｖｆ１（実施の形態１）≒Ｖｆ２（実施の形態２）＜Ｖｆ３（比較例１）となった。加工時電圧は、小さければ小さいほど不均一な放電となりにくい。

ここで、図７に、実施の形態１（ラインＡ）、実施の形態２（ラインＢ）、比較例１（ラインＣ）、および、比較例３（ラインＤ）における、空間部Ｒの電界について説明する。図７中において、横軸は距離（ｍｍ）を表わし、０ｍｍは図２〜図６中のラインＬ１と、電極１１，１１の間の中間位置との交点位置Ｐｃを指し、ＰｃからラインＬ１に垂直に下方位置を正の値で表し、縦軸は電極１１ａ，１１ｂに１ｋVの電位差を与えたときの電界強度（Ｅ（Ｖ／ｍ））を表わしている。

図７に示すように、実施の形態１、実施の形態２は交点位置Ｐｃ付近で急激に電界が大きくなっている。これより、電極１１ａ，１１ｂのそれぞれの端部を結ぶラインＬ１よりも上側に位置するように、予備放電空間部Ｐ１を設けることにより、放電開始電圧ひいては加工時電圧を小さすることができることがわかる。加工時電圧が放電開始電圧と相関がある理由は実施の形態１と比較例１との比較により次のように考えられる。予備放電空間部Ｐ１を持つ実施の形態１では予備放電空間部Ｐ１での放電により生成される豊富な荷電粒子がプラズマ拡大空間部Ｐ２での放電の引き金となり、予備放電空間部Ｐ１を持たない比較例１において、プラズマ拡大空間部Ｐ２で放電が開始する電圧より低い電圧でプラズマ拡大空間部Ｐ２での放電が可能となる。このことが連続的に起こり放電開始電圧の低い方が空間Ｒをプラズマで満たす加工時電圧も低くなるものと思われる。

次に、実施の形態１と実施の形態２との比較において、実施の形態２の予備放電空間部Ｐ１の電界が実施の形態１のそれと比べて大きいにも関わらず、放電開始電圧、加工時電圧に大差がない理由は次のように考えられる。実施の形態２では予備放電空間部Ｐ１の端部に向かうに従い電界の向かう方向の空間幅（放電距離）が小さくなるため、放電距離が小さくなると放電開始電圧が大きくなる、という効果によるものと思われる。ガス種が異なってもこれらの現象には変わりはない。

以上のことと、実施の形態１に示す予備放電空間部Ｐ１が矩形形状では、交点位置Ｐｃより予備放電空間部Ｐ１の端部方向には電界があまり増加しないこと、予備放電空間部Ｐ１で生成されているプラズマは加工には直接的には寄与しないので、予備放電空間部Ｐ１を不要に大きく持つと、不要な電力を消費することになること、を考慮すると、予備放電空間部Ｐ１は、電極１１ａ，１１ｂの下端部側のそれぞれの端部を結ぶ線をラインＬ１よりも上側（１対の電極１１ａ，１１ｂによって挟まれる領域側）に位置し、ラインＬ１から上方への突出長さは好ましくは１ｍｍ以下である。また、予備放電空間部Ｐ１の、ラインＬ１上における第１対向壁面部１４１Ａ，１４１Ａの対向間隔（Ｗ１）は、好ましくは０．２ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であり、より好ましくは０．５ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。

次に、放電開始点とフィラメント状放電発生点の電極構造による違いについて述べる。フィラメント状放電は、プラズマ処理の均一性に悪影響を与えるものである。図８には、横軸に電力（Ｐ）、縦軸に電極間電位差（Ｖｐｐ）をとり、長手方向に８０ｍｍの放電長さを持つ電極において放電開始点（Ｂ．Ｄ．）と、一本目のフィラメント状放電発生点（Ｆ．Ｄ．）とを、実施の形態１の場合のラインＡ、実施の形態２の場合のラインＢ、および、比較例３の場合のラインＤの、それぞれのライン上に示している。

実施の形態１、および、実施の形態２の場合においては、比較的低い電圧で、放電が開始し、フィラメント状放電が発生するまで電力の点で余裕がある。一方、比較例３の場合には、放電開始点とフィラメント状放電発生点とが近接しており、均一な放電を維持できる電力幅が小さいことが分かる。したがって、比較例３では、電極長手方向の放電長さが長くなると、全長に渡って放電が開始する以前に最初に放電を開始した場所の放電がフィラメント状に移行してしまい、全長に渡って均一な放電を生成できないが、実施の形態１、および、実施の形態２の場合の構造においては、放電が開始してからフィラメント状放電に移行するまでの電力幅が大きいため、放電長さが長くても全長に渡って均一な放電を生成することが可能となる。

図１に記載のプラズマ処理装置に実施の形態１と実施の形態２と比較例２のプラズマ生成電極を搭載して、ａ−Ｓｉ薄膜のエッチングを行なった。Ｈｅ６ＳＬＭ／ｍに対してＣＦ_４３％、Ｏ_２１％のガスを供給した後に、１３．５６ＭＨｚで７．５Ｗ／ｍｍの電力を投入し、ａ−Ｓｉ薄膜が形成されたガラス基板を６ｍｍ／ｓの速度で搬送した。このときの加工量は、実施の形態１、実施の形態２、比較例２の順に、９０ｎｍ、６０ｎｍ、５０ｎｍであった。また、実施の形態１の加工量分布は約１１％であり、本発明により高い電力効率、大きな処理速度で、均一なプラズマ処理を行なうことが可能となった。

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるのではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

この発明に基づいた実施の形態１におけるプラズマ処理装置の構成を示す模式的断面図である。 この発明に基づいた実施の形態１におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。 この発明に基づいた実施の形態２におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。 比較例１におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。 比較例２におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。 比較例３におけるプラズマ処理装置に採用されるプラズマ生成電極の構造を示す部分拡大断面図である。 実施の形態１、実施の形態２、比較例１、および、比較例３における、放電空間部の電界を示す図である。 実施の形態１、実施の形態２、および、比較例３における、プラズマ放電とフィラメント放電との関係を示す図である。

符号の説明

１Ａ プラズマ処理装置、１０ プラズマ生成電極装置、１１ 電極、１１ｈ 冷却通路、１３ 電源、１４ 誘電体、１５ 枠体、１６ 反応ガス供給装置、１６ｈ 反応ガス供給口、１７ 反応ガス排出装置、１７ｈ 反応ガス排出口、２０ シールド部材、１００ 被処理対象物搬送装置、１０１，１０２，１０３，１０４，１０５ 搬送ローラ、１０６ フレーム、１４０，１４０Ａ，１４０Ｂ 窪み、１４１Ａ，１４１Ａ，１４１Ｂ，１４１Ｂ 第１対向壁面部、１４２Ａ，１４２Ａ，１４２Ｂ，１４２Ｂ 第２対向壁面部、１４３Ａ，１４３Ａ，１４３Ｂ，１４３Ｂ 第３対向壁面部、２００ 基板、Ｄ ガス流路、Ｌ１ ライン、Ｐ１ 予備放電空間部、Ｐ２ プラズマ拡大空間部、Ｐ３ プラズマ拡大制限部、Ｒ 空間部、Ｕ１ 基板対向面。

Claims (13)

1. 一対の電極の主たる対向面間には誘電体が配置され、該対向面間の端部近傍領域において、前記誘電体の窪みによって規定される空間部においてプラズマを生成するプラズマ生成電極であって、
   前記空間部を規定する前記誘電体の窪みは、
   一対の前記電極の主たる対向面間に位置し、プラズマ放電の開始および維持電圧を小さくするための予備放電空間部を規定する第１対向壁面部と、
   前記第１対向壁面部に連続して設けられ、対向間隔が第１対向壁面部の対向間隔よりも広く設けられたプラズマ拡大空間部を規定する第２対向壁面部と、によって構成されるプラズマ生成電極。
2. 前記予備放電空間部は、少なくともその一部が、一対の前記電極の対向面間の下端部側のそれぞれの端部を結ぶ線よりも前記電極の対向面側に位置するように、前記第１対向壁面部が配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ生成電極。
3. 前記予備放電空間部は、一対の前記電極の対向面間端部側のそれぞれの端部を結ぶ線上における前記第１対向壁面部の対向間隔が０．２ｍｍ以上となるように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ生成電極。
4. 前記予備放電空間部は、前記第１対向壁面部の対向間隔が、前記電極から遠ざかるにしたがって拡がるように配置されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ生成電極。
5. 前記プラズマ拡大空間部は、前記第２対向壁面部の対向間隔が、前記電極から遠ざかるにしたがって拡がるように配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ生成電極。
6. 前記プラズマ拡大空間部は、前記第２対向壁面部の対向間隔の拡がる割合が、前記第１対向壁面部の対向間隔が拡がる割合よりも大きくなるように配置されている、請求項５に記載のプラズマ生成電極。
7. 前記プラズマ拡大空間部は、前記第２対向壁面部の対向間隔の拡がる割合が、前記電極から遠ざかるにしたがって大きくなることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ生成電極。
8. 前記第２対向壁面部に連続して設けられ、前記プラズマ拡大空間部により生成されたプラズマの幅拡大を制限するプラズマ幅拡大制限空間部を規定する第３対向壁面部をさらに備える、請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ生成電極。
9. 前記プラズマ幅拡大制限空間部は、その高さ方向の長さが、０．５ｍｍ以上となるように設けられていることを特徴とする、請求項８に記載のプラズマ生成電極。
10. 前記プラズマ幅拡大制限空間部は、前記プラズマ拡大空間部と反対側の端部の幅（Ｗ２）が、Ｗ２／Ｌｏｇｆ＜１．４ｍｍ（ｆ：電極対に印加される電圧の周波数）となるように配置されていることを特徴とする、請求項８または９に記載のプラズマ生成電極。
11. 一対の電極の主たる対向面間には誘電体が配置され、該対向面間の端部の空間部にプラズマを生成するプラズマ生成電極を備える、被処理対象物にプラズマ処理を施すためのプラズマ処理装置であって、
    前記プラズマ生成電極は、請求項１から１０のいずれかに記載のプラズマ生成電極であり、
    前記プラズマ生成電極のプラズマ生成面と対向して配置され、前記プラズマ生成電極に対して、前記被処理対象物を相対移動させるための被処理対象物支持手段と、
    前記プラズマ生成電極と前記被処理対象物との間に、ガスの供給／排気を行なうガス供給／排気口と、を備えたことを特徴とする、プラズマ処理装置。
12. 前記プラズマ生成電極は前記ガスの流れる方向に複数個配置されていることを特徴とする、請求項１１記載のプラズマ処理装置。
13. 請求項１１または１２に記載のプラズマ処理装置を用いた記被処理対象物のプラズマ処理方法であって、
    プラズマ生成電極のプラズマ生成面と対向する位置に被処理対象物を配置し、前記プラズマ生成電極と前記被処理対象物との間にガスの供給しながら、前記プラズマ生成電極と前記被処理対象物を相対的に移動させることにより、前記被処理対象物の表面にプラズマ処理を施すことを特徴とする、プラズマ処理方法。

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