JP2007193997A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストがかからず、低いガス圧下でもムラ無く安定して、効率よくプラズマを発生し、メンテナンスも容易なプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ発生空間３４に対面した電極４０と、電極４０を複数枚平行に保持した電極支持部材４２と、電極支持部材４２に保持され互いに隣接する電極４０間に対応して電極４０の背面側に各々固定された複数の磁石４８を有する。電極支持部材４２により、電極４０と磁石４８を一体的に保持して成る電極ユニット３２を備える。電極ユニット３２を複数収容したチャンバ１６と、チャンバ１６内で電極支持部材４２を着脱自在にガイドするガイドローラ３８を備える。チャンバ１６内の電極４０が対面したプラズマ発生空間３４内に位置しプラズマ処理が施されるワーク１２を保持するチャック機構部６４を備える。電極４０は、冷却流体が通過可能に中空に形成されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、放電によりプラズマを発生させるための装置であって、位相制御多電極型交流放電装置を利用して放電を行うプラズマ処理装置に関する。

従来、プラズマを発生させるには、対向する２つの電極の間で放電させて、プラズマを発生させる方法が一般的である。この放電形態には、直流・交流放電、高周波静電結合放電、高周波誘導磁場結合放電及びマイクロ波放電の４通りに大別されることが知られている。

そのほか、特許文献１では、プラズマ処理を行うチャンバ内のフィールドアドミッション窓を介して時間変動する磁場を発生させて、誘導結合によりチャンバ内にプラズマを発生させ、安定的に維持する装置が開示されている。
特表２００３−５１０７８０号公報

しかし、上記従来の技術の例えば直流放電では、電極表面に絶縁物などが付着すると放電できなくなり、低ガス圧力下での放電は困難であった。また、交流放電では、電源周波数によりプラズマパラメータが変動し、直流放電と同様に、電極表面に絶縁物などが付着すると放電できなくなり、低ガス圧力下での放電が難しいものであった。さらに、高周波静電結合放電、高周波誘導磁場結合放電、及びマイクロ波放電では、電源の発振・増幅および負荷との整合などにコストがかかるほか、広い領域に一様なプラズマを発生させることができなかった。

さらに近年、大きい基板などのワークをプラズマ処理する際には、広い圧力範囲に亘って低く且つ制御可能なエネルギーを有する高密度の反応種の発生、及び基板全体に対する処理の高度な均質性が求められている。

一方、特許文献１の装置では、構造が複雑で、コストがかかるほか、チャンバのメンテナンスの際に、電極部分を簡単に取り外すことができず、清掃が容易に行うことができなかった。

この発明は、上記従来技術の問題に鑑みて成されたもので、コストがかからず、低いガス圧下でもムラ無く安定して、効率よくプラズマを発生し、メンテナンスも容易なプラズマ処理装置を提供することを目的とする。

この発明は、プラズマ発生空間に対面した電極と、この電極を複数枚平行に保持した電極支持部材と、前記電極支持部材に保持され互いに隣接する前記電極間に対応して前記電極の背面側に各々固定された複数の磁石と、前記電極支持部材により前記電極と磁石を一体的に保持して成る電極ユニットと、この電極ユニットを収容したチャンバと、このチャンバ内で前記電極支持部材を着脱自在にガイドするガイド部材と、前記チャンバ内の前記電極が対面したプラズマ発生空間内に位置しプラズマ処理が施されるワークを保持するチャック機構部とを備えたプラズマ処理装置である。

前記電極は、冷却流体が通過可能に中空に形成され、前記電極支持部材は前記冷却流体が流出入する接続部を備え、この接続部が前記チャンバの流出入口に接続可能に設けられている。前記接続部内には、前記電極支持部材の取り外し時に内部の流体を止める弁を備える。

前記チャック機構部は、前記チャンバ外の駆動装置に連結され、前記プラズマ発生用の空間内を往復運動可能に設けられている。さらに、前記チャック機構部は、前記チャンバ外の駆動装置に連結され、チャックを開閉可能に設けられている。

さらに、前記チャック機構部は、前記チャンバ外上部の駆動装置に連結され、前記電極が対面した空間は、垂直方向に形成され、前記ワークを垂直方向に前記チャック機構部により保持して、プラズマ処理を行う。

この発明のプラズマ処理装置によれば、コストがかからず、低いガス圧下でもムラ無く安定し、効率よくプラズマを発生可能に形成され、電極ユニットが簡単に脱着可能なため、メンテナンスの際の掃除も容易なものである。

また電極を冷却可能に形成することにより、電極の反りや変形を防止することができる。さらに、ワークを往復運動可能に保持することにより、処理ムラなく均一な処理が可能となる。

以下、この発明のプラズマ処理装置の一実施形態について、図１〜図１０を基にして説明する。この実施形態のプラズマ処理装置１０により生成するプラズマは、気体分子が励起され、電離状態が発生し、荷電種であるイオンや電子及び中性種であるラジカルなどの集団である。そして生成されたプラズマにより、基板などのワーク１２に付着した有機物の分解や滅菌、表面改質、金属酸化物の除去、薄膜形成など種々の用途に使用されている。

この実施形態のプラズマ処理装置１０は、図１に示すように、アルミ型材や鋼材から形成された矩体１８に、箱状の筐体１４が取り付けられ、金属製の長箱形に形成されたチャンバ１６が、矩体１８に固定されて筐体１４内に設けられている。また、矩体１８には、チャンバ１６内へガスを吹き込む装置や真空ポンプ、電源装置などが固定されている。その他、矩体１８底部には、移動用の自在輪及び固定具が設けられている。

チャンバ１６には、図２に示すように、筐体１４の一側面側に位置して電気的接点となる複数のコンタクトプローブ２０が等間隔に設けられている。コンタクトプローブ２０は、チャンバ１６の一側面１６ａを貫通して露出し、接点がチャンバ１６内に突出している。チャンバ１６の一側面１６ａと対向する他の側面１６ｂには、チャンバ１６内を目視可能に形成された覗き窓２２が設けられ、例えば等間隔に上下方向４箇所に５列設けられている。チャンバ１６の上部及び底部の筐体１４の一側面位置には、チャンバ１６内のガスを排気する排気口２４が所定間隔で形成されている。また、チャンバ１６の上面及び底面の中央近傍にはガス流入口２６が設けられている。

チャンバ１６の一側面１６ａ側の底面端部には、冷却水流出口２８が設けられ、チャンバ１６の他側面１６ｂ側には、冷却水流入口３０がそれぞれ設けられている。また、チャンバ１６の各側面１６ａ，１６ｂには、チャンバ１６側の当接面に図示しないシール材が設けられている。

チャンバ１６内には、図３、図５に示すような厚板状に形成された電極ユニット３２が、図１に示すように一定の隙間のプラズマ発生空間３４を空けて、所定間隔に複数装着されている。この電極ユニット３２は、その底部に図４に示すように、チャンバ１６底面に回転自在に当接する回動自在の複数の受けローラ３６が設けられている。また、電極ユニット３２の上下端部側面には、チャンバ１６内壁に回転自在に設けられたガイド部材であるガイドローラ３８が当接し、側面方向から支持されている。

電極ユニット３２は、図５に示すように、断面が扁平な長方形状で表面が平らな角状パイプから形成された電極４０が、電極支持部材４２に螺子止めされて形成されている。そして、表面側に４枚ずつ電極４０が等間隔に並べられて、１組の電極群４６が形成されている。さらに、この電極群４６を等間隔に上下方向に４列一体的に重ねて、一組の電極ユニット３２を形成している。さらにプラズマ発生空間３４を挟んで電極４０が対面するように電極ユニット３２の背面同士が接するように配置されている。そして、図２に示すように、各電極ユニット３２の電極４０の端面が、それぞれがチャンバ１６の一側面１６ａに設けられたコンタクトプローブ２０に圧接して接続可能に形成されている。

各電極ユニット３２の電極４０の背面側には、隣接する各電極４０間の隙間に対応して、磁石４８がそれぞれ電極支持部材４２に固定されて設けられている。この磁石４８は、図２、図３に示すように、電極４０の長手方向に長尺な細い板状に形成され、互いに同極又は異極の磁極がプラズマ発生空間３４を挟んで対向している。磁石４８の長さは、電極４０の約１／２で、電極４０の長手方向中央付近に２つに分割された状態に配置されている。

電極４０の長手方向両端付近の背面側には、図２、図３に示すように、電極ユニット３２の電極支持部材４２を垂直方向に貫通した冷却水パイプ５０がそれぞれ設けられている。この冷却水パイプ５０の両端部に連通して、図２、図６に示すように、チャンバ１６正面側には、冷却水流出口接続部５２が設けられ、チャンバ１６裏面側には、冷却水流入口接続部５４が設けられている。冷却水流出口接続部５２及び冷却水流入口接続部５４は、チャンバ１６上部及び底部の、冷却水流出口２８及び冷却水流入口３０とそれぞれ接続されて、連通可能に形成されている。冷却水流出口２８及び冷却水流入口３０の当接面にはシール材が設けられ、冷却水流入口接続部５２及び冷却水流出口接続部５４とそれぞれが密着可能に形成されている。

電極ユニット３２の各電極４０端部近傍には、冷却水パイプ５０に設けられた連結部５６と電極４０の中空部４０ａが、液密状態で連通している。また、冷却水流出口接続部５２及び冷却水流入口接続部５４には、電極ユニット３２をチャンバ１６から脱着する際に、冷却水パイプ５０の冷却水漏れを防止する弁５８が内設されている。弁５８は図示しないバネ等により閉方向に付勢されている。そのほか、電極ユニット３２中央には、プラズマ発生空間３４に連通したガス流入パイプ６０が形成され、その両端部には、ガス流入口接続部６２が設けられている。

チャンバ１６内に収納された各電極ユニット３２間に形成されたプラズマ発生空間３４の上部には、図２、図５に示すように、ワーク１２を狭持可能に形成されたチャック機構部６４が設けられている。チャック機構部６４は、図９，図１０で示すように、チャンバ１６上部を貫通状態に設けられた２本の支持軸６６の端部に接続されている。支持軸６６は、チャンバ１６に形成された軸受け６８により軸方向に摺動可能に挿通され、軸受け６８に設けられたシール材により、チャンバ１６内は密閉状態に保持されている。

チャンバ１６の外側に位置する支持軸６６の端部は、図７、図８に示すように、それぞれ駆動装置であるエアシリンダ７０に連結されている。また、支持軸６６には、同軸状に操作軸７２が摺動可能に嵌挿され、操作軸７２の一方の端部は、エアシリンダ７０内のピストン７４に連結されている。さらに、他方の下端部は円錐状に形成されて押圧部７２ａが設けられている。各エアシリンダ７０は、板状の連結駆動部材７６により連結され、連結駆動部材７６の中央位置にはクランク部７８に連結されている。そして、クランク部７８に駆動装置であるモータ８０が接続され、各支持軸６６を同時に上下動可能に形成されている。

また、図８に示すように、エアシリンダ７０により、操作軸７２が上下動可能に設けられ、押圧部７２ａにより一対のチャック６４ａ後端部が互いに開方向に押圧されると、図９、図１０に示すように、チャック６４ａは結合軸６４ｂを中心に閉方向に揺動可能に形成されている。また、チャック６４ａにはバネなどの弾性体８２が内蔵され、押圧部７２ａが退避すると、開方向へチャック６４ａが揺動するように弾性的に付勢されている。

次に、このプラズマ処理装置１０の動作について説明する。まず、図示しない搬送装置により、基板などのワーク１２が、チャンバ１６に装着された各電極ユニット３２間のプラズマ発生空間３４に挿入される。そして、チャック６４ａが開状態で、モータ８０によりチャック機構部６４が下降し、この後エアシリンダ７０により操作軸７２が下降して、チャック６４ａを閉じ、ワーク１２端部を挟み込む。

続いて、図示しないチャンバ１６の扉を閉じて密閉状態にし、プラズマ処理装置１０を起動して、真空ポンプなどによりチャンバ１６内が真空状態にされ、ガスが流入される。この後、電極４０により放電が開始されるとプラズマが発生し、プラズマ処理が開始される。この際、チャック機構部６４は、モータ８０とクランク部７８により、支持軸６６を介して上下動し、狭持されたワーク１２は上下に揺動される。ワーク１２のプラズマ処理が終了すると、プラズマ処理装置１０を停止させて図示しない扉を開け、エアシリンダ７０により操作軸７２を上昇させると、チャック６４ａが開口して、ワーク１２が解放される。同時に、図示しない搬送装置によりワーク１２を保持し、チャンバ１６から取り出される。

この実施形態のプラズマ処理装置１０によれば、コストがかからず、低いガス圧下でも安定に放電が維持され、プラズマ処理中にワーク１２が揺動されるため、ムラ無く安定して均一にプラズマ処理が施されるものである。また、電極ユニット３２が簡単に脱着可能なため、メンテナンスの際の掃除等も容易で、安定して効果的な処理が可能なものである。

なお、この発明のプラズマ処理装置は上記実施形態に限定されるものではなく、電極ユニットの形状は適宜設定可能なものであり、電極間のプラズマ発生空間に挿入されたワークを往復運動させる機構やチャック機構部も適宜設定可能なものである。また、チャックの大きさは、ワークを挟持できれば形状や素材など適宜変更可能である。

この発明の一実施形態のプラズマ処理装置のチャンバ内を示す正面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のチァンバ内を示す概略側面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置の電極ユニットを示す側面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のチャンバに収納された電極ユニット下部を示す部分拡大図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のチャンバに収納された電極ユニットの正面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置の冷却水流入口及び冷却水流出口を示す部分拡大縦断面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のチャンバ上部を示す部分側面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のエアシリンダ及びチャック機構部を示す部分拡大縦断面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のチャック機構部を示す部分拡大縦断面図である。 この実施形態のプラズマ処理装置のチャックを示す部分拡大側面図である。

符号の説明

１０ プラズマ処理装置
１２ ワーク
１６ チャンバ
２８ 冷却水流出口
３０ 冷却水流入口
３２ 電極ユニット
３４ プラズマ発生空間
３６ 受けローラ
３８ ガイドローラ
４０ 電極
４２ 電極支持部材
４８ 磁石
５０ 冷却水パイプ
５２ 冷却水流出口接続部
５４ 冷却水流入口接続部
５８ 弁
６４ チャック機構部
６４ａ チャック
６６ 支持軸
７０ エアシリンダ
７２ 操作軸
７８ クランク部
８０ モータ

Claims (6)

1. プラズマ発生空間に対面した電極と、この電極を複数枚平行に保持した電極支持部材と、前記電極支持部材に保持され互いに隣接する前記電極間に対応して前記電極の背面側に各々固定された複数の磁石と、前記電極支持部材により前記電極と磁石を一体的に保持して成る電極ユニットと、この電極ユニットを収容したチャンバと、このチャンバ内で前記電極支持部材を着脱自在にガイドするガイド部材と、前記チャンバ内の前記電極が対面したプラズマ発生空間内に位置しプラズマ処理が施されるワークを保持するチャック機構部とを備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記電極は、冷却流体が通過可能に中空に形成され、前記電極支持部材は前記冷却流体が流出入する接続部を備え、この接続部が前記チャンバの流出入口に接続可能に設けられた請求項１記載のプラズマ処理装置。
3. 前記接続部内には、前記電極支持部材の取り外し時に内部の流体を止める弁を備えた請求項２記載のプラズマ処理装置。
4. 前記チャック機構部は、前記チャンバ外の駆動装置に連結され、前記プラズマ発生用の空間内を往復運動可能に設けられている請求項１記載のプラズマ処理装置。
5. 前記チャック機構部は、前記チャンバ外の駆動装置に連結され、チャックを開閉可能に設けられている請求項１記載のプラズマ処理装置。
6. 前記チャック機構部は、前記チャンバ外上部の駆動装置に連結され、前記電極が対面した空間は、垂直方向に形成され、前記ワークを垂直方向に前記チャック機構部により保持して、プラズマ処理を行う請求項４または５記載のプラズマ処理装置。
   

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