JP2008016404A

JP2008016404A - マイクロ波プラズマ装置

Info

Publication number: JP2008016404A
Application number: JP2006188859A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Takizawa; 力滝沢
Original assignee: Micro Denshi Co Ltd
Current assignee: Micro Denshi Co Ltd
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2008-01-24

Abstract

【課題】被処理物の全体に対して可能なるかぎり一様な密度のプラズマを照射させることができるマイクロ波プラズマ装置を提供すること。
【解決手段】被処理物２３を内装する処理室２１と、処理室２１内を減圧する真空ポンプ２９、処理室２１内に水素ガスを供給する水素ガス供給機２８、処理室２１内にマイクロ波電力を供給してプラズマを発生させるマイクロ波発振器２６からなるマイクロ波プラズマ装置において、処理室２１の上下の位置に設けたマイクロ波窓３０、３１から、処理室２１内にマイクロ波電力を供給して水素プラズマ３６、３７を発生させ、これら水素プラズマの重合プラズマを被処理物２３に照射させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、マイクロ波プラズマ装置に関し、特に、この発明は、プラズマを利用して処理する被処理物の全体に対し、可能なる限り均一な密度のプラズマを照射させることができるプラズマ装置に係る。

図６は、従来例として示したマイクロ波プラズマ装置の簡略的な断面図である。
このプラズマ装置１０は、金属、半導体、絶縁体などの表面をクリーニングし、また、エッチングするなどの被処理物１１の加工処理に利用される。

上記のプラズマ装置１０は、プラズマ発生室１２の上部に石英板からなる誘電体窓１３を有し、導波管１４を介してマイクロ波発振器から送られるマイクロ波電力Ｐｏがその誘電体窓１３からプラズマ発生室１２内に送られる。
また、プラズマ発生室１２は、真空ポンプ１５によって減圧されると共に、ガス供給配管１６から所定のガスが供給される。

このプラズマ装置１０は、マイクロ波電力Ｐｏによって誘電体窓１３のプラズマ発生室側に発明する表面波により気体分子が電離され、プラズマ１７が発生する。
なお、プラズマ発生室１２に送り込まれるガスは、被処理物１１やその処理にしたがって異なるが、例えば、水素ガス或いは酸素ガスとなっている。

上記したプラズマ装置１０は、マイクロ波電力Ｐｏが導波管１４の結合孔１８と誘電体窓１３とを通してプラズマ発生室１２内に送り込まれ、このプラズマ発生室１２内にプラズマ１７が発生し、被処理物１１のエッチング処理などがプラズマによって行なわれる。

特開２００２−２８０１９６公報

上記したプラズマ装置１０は、導波管１４の結合孔１８とプラズマ発生室１２の誘電体窓１３を通して送り込まれマイクロ波電力Ｐｏによってプラズマ１７が発生するため、図７に示すプラズマ特性Ｚｏのように誘電体窓１３より遠ざかるほどプラズマ１７の強さが減衰する。

つまり、誘電体窓１３から離れるほどプラズマ密度が減少することから、被処理物１１の全体に対してプラズマ１７が均一に照射されない。
そのため、被処理物１１の処理に斑が生ずると言う問題があった。

そこで、本発明では上記した実情にかんがみ、異なる位置から発生させた複数のプラズマを被処理物に対して重合させて照射し、プラズマの減衰による不均一な放射を補い、被処理物全体に可能なる限り均一な密度のプラズマを照射させることができるマイクロ波プラズマ装置を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明では、第１の発明として、被処理物を内装する処理室、前記処理室内を減圧する減圧手段、前記処理室内にガス供給するガス供給手段、前記処理室内にマイクロ波電力を供給してプラズマを発生させるプラズマ発生手段からなるマイクロ波プラズマ装置において、前記処理室内の異なる複数箇所からプラズマを発生させる少なくとも２つ以上のプラズマ発生手段を設け、前記処理室内の被処理物に対して複数のプラズマを重合させて照射させる構成としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ装置を提案する。

第２の発明としては、上記第１の発明のマイクロ波プラズマ装置において、前記ガス供給手段は少なくとも水素ガスを供給するガス供給手段として構成し、前記した複数のプラズマ発生手段が発生する水素プラズマを被処理物に重合させて照射させる構成としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ装置を提案する。

第３の発明としては、上記第１の発明のマイクロ波プラズマ装置において、前記ガス供給手段は少なくとも酸素ガスを供給するガス供給手段として構成し、前記した複数のプラズマ発生手段が発生する酸素プラズマを被処理物に重合させて照射させる構成としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ装置を提案する。

本発明に係るプラズマ装置は、被処理物に対して複数のプラズマを異なる方向から照射するので、複数のプラズマが重合して被処理物に照射される。

この結果、プラズマの強さの減衰が複数のプラズマの重合作用によって補なわれ、プラズマ密度が可能なる限り均一化されるので、被処理物全体に一様なプラズマが照射され、プラズマ処理精度の高いプラズマ装置となる。

第２の発明のプラズマ装置は、医療器具や調理用具などの金属用具を被処理物とすれば、水素プラズマを被処理物に照射することによって、被処理物に発生した錆（酸化物）を還元させることができる。
また、金属用具にかぎらず被処理物は、水素プラズマを照射させて殺菌処理することができる。

第３の発明のプラズマ装置は、エッチングしたＩＣウエハーやプリント基板を被処理物として酸素プラズマを照射してレジスト剥離するアッシャーとして有効である。

次に、本発明の実施形態について図面に沿って説明する。
図１は、本発明の一実施形態として示した錆落とし用プラズマ装置の外観斜視図、図２は図１に示すプラズマ装置の断面図である。

このプラズマ装置２０は、処理室２１の前側にドア２２を設け、このドア２２を開いて医療器具や調理用具などの被処理物２３（図２参照）を処理室２１に入れる。

処理室２１は、開放縁にパッキング材２４を設け、ドア２２を閉めることにより密閉の減圧室となるようになっている。
また、ドア２２は、閉めることによってロックされ、そのロックに連動してバルブ２５が閉じると共に、マイクロ波発振器２６、２７、水素ガス供給機２８、真空ポンプ２９が動作可能モ−ドとなる。

さらに、ドア２２を開く場合は、その取手１２ａの引き操作に連動してドア１２のロック解除となる。
そして、そのロック解除に連動し、マイクロ波発振器２６、２７、水素ガス供給機２８、真空ポンプ２９が動作停止モ−ドとなると共に、バルブ２５が開き処理室２１が常圧となり、ドア２２を開けることができる。

一方、処理室２１の上方には、石英板からなるマイクロ波窓３０を設け、マイクロ波回路を介してマイクロ波発振器２６から送られるマイクロ波電力をそのマイクロ波窓３０を通して処理室２１内に供給させる。

同様に、処理室２１の下方には、石英板からなるマイクロ波窓３１を設け、マイクロ波回路を介してマイクロ波発振器２７から送られるマイクロ波電力をマイクロ波窓３１を通して処理室２１内に供給させる。
なお、上記したマイクロ波発振器２６、２７は、例えば、５Ｗ出力のものを使用する。

また、処理室２１の側部には、図２に示したように、水素ガス供給機２８と真空ポンプ２９が備えてある。
水素ガス供給機２８は、例えば、水の電気分解ＮａＯＨ溶液の陰極からの水素発生、また、燃料電池の媒体を用いたアルコール分解を利用してＨ_２ガスを処理室２１内に供給する。
なお、水素ガス供給機２８については、Ｈ_２ガスの濃度を調整するためにＡｒガスなどの他のガスを混合させるようにしてもよい。

真空ポンプ２９は、ロータリポンプによって処理室２１内を低真空（１０^−２〜１０^４Ｐａ程度）にしてマイクロ波プラズマを発生させる。

その他、このプラズマ装置２０は、図１に示すように、運転始動スイッチ３２、運転時間を設定するタイマー設定ダイヤル３３、運転時間の表示窓３４などが設けてあり、また、処理室２１内には、図２に示すように、被処理物２３の載置台３５が設けてある。
なお、この載置台３５は多くの孔部を設けた多孔板となっている。

上記のように構成した第１実施形態のプラズマ装置２０は、ドア２２を開き被処理物２３を処理室２１内に収納する。
そして、ドア２２を閉めた後にタイマー設定ダイヤル３３を回動操作して運転時間（例えば、２〜５分）を設定する。

続いて、始動スイッチ３２を操作して運転を開始させると、処理室２１内にマイクロ波水素プラズマ３６、３７が発生し、この水素プラズマ３６、３７が被処理物２３に照射される。
なお、水素プラズマ３６、３７は表面波水素プラズマとして発生する。

このように水素プラズマ３６、３７に晒された被処理物２３は、酸化物として生じている錆の酸素が水素プラズマによって化合し、その化合物Ｈ_２Ｏが水蒸気となって真空ポンプ２９により処理室２１外に排出される。
この結果、錆としての酸化物や水酸化物が還元されるため、被処理物２３の錆が消失する。
例えば、酸化鉄ＦｅＯやＦｅ_２Ｏ_３等の酸素が還元されて鉄に戻る。

また、被処理物２３の表面に付着している殺菌などの有機物が水素プラズマ３６、３７によって還元されることから、全ての菌が死滅する。

さらに、被処理物２３の表面に付着している油や汚れについても上記同様に還元されるため、これらの油や汚れについても除去することができる。

一方、上記したプラズマ装置２０は、上方のマイクロ波窓３０から照射するマイクロ波電力によって発生する水素プラズマ３６と、下方のマイクロ波窓３１から照射するマイクロ波電力によって発生する水素プラズマ３７とが重合して被処理物２３に照射される。

これより、被処理物２３の周囲全体に高密度の水素プラズマが照射されることから、被処理物２３の全体が均一的に処理される。

今少し詳しく述べれば、水素プラズマ３６と水素プラズマ３７の各々の強さが、図３に示したように、処理室２１の上下方向の距離にしたがって減衰するが、これら２つの水素プラズマ３６、３７が重合されて被処理物２３に照射されることから、被処理物２３には高密度の水素プラズマが照射される。

その上、被処理物２３に対しては上方と下方から同時に水素プラズマ３６、３７を照射するので、被処理物２３の周囲全体に均一化された水素プラズマが照射される。
なお、図３において、Ｚ１は水素プラズマ３６の特性曲線、Ｚ２は水素プラズマ３７の特性曲線、Ｚ３は水素プラズマ３６、３７の重合された特性曲線を示す。

他方、上記したプラズマ装置は、水素ガス供給機２８に換えて酸素ガス供給機を設ければ、ＩＣやプラズマ基板のアッシャーとして実施することができる。
なお、この場合、酸素ガスに混合させてＣＦ_４ガスなどを使用することもでき、酸素ガスの濃度を調整するためにＡｒガスなどの他のガスを混合させることもできる。

図４は、第２実施形態として示した上記同様の錆落とし用プラズマ装置の簡略図である。
この第２実施形態のプラズマ装置４０は、六角形断面の処理室４１を備え、この処理室４１の一辺おきの各辺部に設けたマイクロ波窓４２ａ、４２ｂ、４２ｃより処理室４１内にマイクロ波電力を供給する構成としてある。

すなわち、マイクロ波発振器４３ａより出力されたマイクロ波電力をマイクロ波回路を介して送りマイクロ波窓４２ａより処理室４１内に供給することによって水素プラズマ４４ａを発生させる。
同様に、マイクロ波発振器４３ｂから送られ、マイクロ波窓４２ｂから供給されるマイクロ波電力によって水素プラズマ４４ｂを発生させ、さらに、マイクロ波発振器４３ｃから送られ、マイクロ波窓４２ｃから供給されるマイクロ波電力によって水素プラズマ４４ｃを発生させる。

そして、上記した水素プラズマ４４ａ、４４ｂ、４４ｃは１２０度間隔の角度方向から照射され、処理室４１の中央部分で重合する。
したがって、水素プラズマ４４ａ、４４ｂ、４４ｃの重合領域４５に被処理物４６を配置させれば、所定の範囲で均一化された高密度の水素プラズマによって処理することができる。
なお、４７は水素ガス供給機、４８は真空ポンプであり、これら第１実施形態と同様のものである。

図５は、第３実施形態として示した上記同様の錆落とし用プラズマ装置の簡略図である。
この実施形態のプラズマ装置５０は、四辺形断面の処理室５１を備え、この処理室５１の各辺に当る室部に設けたマイクロ波窓５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄより処理室５１内にマイクロ波電力を供給し、水素プラズマ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄの各々が四方から照射する構成となっている。

このように構成したプラズマ装置５０は、処理室５１内に水素プラズマ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄの重合領域５４が生ずる。
この結果、この重合領域５４に被処理物５５を配置すれば、所定の範囲で均一化された高密度の水素プラズマを照射することができる。
なお、この図示した５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄは上記同様のマイクロ波発振器、５７は水素ガス供給機、５８は真空ポンプを示す。

なお、図４に示す第２実施形態のプラズマ装置４０、図５に示す第３実施形態のプラズマ装置５０において、水素ガス供給機４７、５７に換えて酸素ガスやＣＦ_４ガスなどのガス供給機を備えれば、第１実施形態のプラズマ装置２０と同様にＩＣウエハーやプリント基板のアッシャーとして実施することができる。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の実施に際しては、水素プラズマ或いは酸素プラズマを発生させることができるガスであれば供給するガスについては限定されない。

金属用具の錆落とし、医療用具や調理用具の殺菌、エッチング工程後のＩＣウエハーやプリント基板のアッシングなどに有効に利用することができる。

第１実施形態として示した錆落とし用プラズマ装置の外観斜視図である。上記プラズマ装置の断面図である。上記プラズマ装置において被処理物に照射されるプラズマ状態を示すプラズマ特性図である。第２実施形態として示した錆落とし用プラズマ装置の簡略図である。第３実施形態として示した錆落とし用プラズマ装置の簡略図である。従来例として示したマイクロ波プラズマ装置の簡略的な断面図である。図６に示した従来のプラズマ装置においてプラズマの発生状態を示す特性図である。

符号の説明

２０プラズマ装置
２１処理室
２３被処理物
２６、２７マイクロ波発振器
２８水素ガス供給機
２９真空ポンプ
３６、３７水素プラズマ
４０プラズマ装置
４１処理室
４３ａ、４３ｂ、４３ｃマイクロ波発振器
４４ａ、４４ｂ、４４ｃ水素プラズマ
５０プラズマ装置
５１処理室
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ水素プラズマ
５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄマイクロ波発振器

Claims

被処理物を内装する処理室、前記処理室内を減圧する減圧手段、前記処理室内にガス供給するガス供給手段、前記処理室内にマイクロ波電力を供給してプラズマを発生させるプラズマ発生手段からなるマイクロ波プラズマ装置において、
前記処理室内の異なる複数箇所からプラズマを発生させる少なくとも２つ以上のプラズマ発生手段を設け、
前記処理室内の被処理物に対して複数のプラズマを重合させて照射させる構成としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。
請求項１に記載したマイクロ波プラズマ装置において、
前記ガス供給手段は少なくとも水素ガスを供給するガス供給手段として構成し、前記した複数のプラズマ発生手段が発生する水素プラズマを被処理物に重合させて照射させる構成としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。
請求項１に記載したマイクロ波プラズマ装置において、
前記ガス供給手段は少なくとも酸素ガスを供給するガス供給手段として構成し、前記した複数のプラズマ発生手段が発生する酸素プラズマを被処理物に重合させて照射させる構成としたことを特徴とするマイクロ波プラズマ装置。