JP2010244805A - プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク放電で流れる電流よりも小さな電流しか流れない放電を促す構成によりアーク放電を抑止するプラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】プラズマ処理装置１０は、所望のガスを導入するガス供給源９０５と、マイクロ波を出力するマイクロ波源９００と、ガス供給源９０５から導入された所望のガスをマイクロ波源９００から出力されたマイクロ波のエネルギーにより励起させることによってプラズマを生成し、生成されたプラズマにより内部にて基板Ｇをプラズマ処理させる処理容器１００と、処理容器１００の内壁に設けられた突起（先端３４０ａ）であって、プラズマから突起（先端３４０ａ）への放電を促す針電極３４０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスを励起させて被処理体をプラズマ処理するプラズマ処理装置に関する。特に、アーク放電を抑止するためにプラズマ処理装置に設けられた機構に関する。

処理容器内でプラズマを発生させる装置には、Ｐ−ＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ−Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置、スパッタ装置、エッチング装置等がある。このようなプラズマ処理装置では、高週波やマイクロ波のエネルギーによってチャンバ内に導入されたガスを励起させてプラズマを生成し、被処理体をプラズマ処理する。

均一なプラズマでは、プラズマの分布は一様であり、プラズマ中の電子とイオンに大きな偏りはない。このとき、チャンバ内壁のグラウンド面に対してプラズマ電位は概ね一様なため、異常放電は生じにくい。しかし、プロセス条件により不安定なプラズマが発生すると、プラズマ中で強い部分（電子密度Ｎｅが高い部分）と弱い部分（電子密度Ｎｅが低い部分）の分布が生じ、プラズマ中の電子密度が高い部分とチャンバ内壁のグラウンド面との間に大きな電位差が生じ、異常放電が生じやすい状態となる。

プラズマ放電は、プラズマ中の電子がグラウンド側である処理容器壁面に向かって流れる現象であり、電子は処理容器を通して地面に逃げる。プラズマ放電は、突起物があるとそれに向かって放電経路を形成する傾向がある。よって、従来、異常放電を生じにくくするために、アルミニウムで形成された内壁を極力平坦な形状にし、アルミニウムの表面も鏡面状に磨いて平滑な状態にしていた。しかしながら、近年のエネルギーのハイパワー化やガス種の多様化によって、処理容器内を平坦にしていても、アルミニウム表面のわずかな凹凸部分に向けて強いアーク放電が現れる場合があった。

放電現象については、図１０に示したように、電圧及び電流の関係により大きく３種類の放電現象が現れることが知られている。そのうち、コロナ放電は、比較的低電流で生じる放電であるのに対して、アーク放電では大電流が流れ、雷のように処理容器内の金属表面を這う強い放電である。グロー放電では、コロナ放電とアーク放電の中間の電流が流れる。

不安定なプラズマによって発生するアーク放電は、予測不可能な放電であり、不良なプラズマ処理結果を生じさせるだけでなく、チャンバ内を損傷させる。アーク放電では、初め局所的に電流が流れ始め、電気抵抗によって電流が流れているアルミニウムの温度を徐々に上昇させる。このようにしてチャンバ壁面の温度がアルミニウムの融点を超えたとき、処理容器内壁のアルミニウムは融解する。アーク放電により、処理容器を形成するアルミニウムが割れる場合もある。アーク放電は、処理容器内のプラズマに対向した面から粒子をスパッタし、予測不可能なタイミングで処理容器内に好ましくない汚染物を生じさせることもある。

そこで、チャンバ内壁をフロー電位にするための回路等を処理容器内のプラズマ対向面に設け、前記回路のＤＣ電位を人為的に引き上げることにより、前記回路とプラズマとの間のＤＣ電位差が、アーク放電が発生するポイントまで達しないようにし、これにより、アーク放電の発生を防止する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−５２４９６１号公報

しかし、特許文献１の方法では、前記回路によりチャンバ内壁をフロー電位にすると、チャンバに取り付けられるガス供給系、排気系、圧力センサや温度センサ等のセンサ類などを絶縁させる必要性が生じ、チャンバ内の構造が複雑になるという課題を有していた。また、前記回路によりチャンバ内壁をフロー電位にすると、プロセスコントロールが非常に困難になるという課題も有していた。また、メンテナンス時の調整も難しく手間がかかるという課題もあった。さらに、前記回路によりコスト高となるという課題もあった。

上記課題を解消するために、本発明は、アーク放電を抑止するための突起を設けたプラズマ処理装置を提供する。

すなわち、上記課題を解決するために、本発明のある形態によれば、所望のガスを導入するガス供給源と、電磁波を出力する電磁波源と、前記ガス供給源から導入された所望のガスを前記電磁波源から出力された電磁波のエネルギーにより励起させることによってプラズマを生成し、生成されたプラズマにより内部にて被処理体をプラズマ処理させる処理容器と、前記処理容器の内壁に設けられた突起であって、プラズマから前記突起への放電を促す針電極と、を有するプラズマ処理装置が提供される。

図１０に示したように、プラズマと処理容器壁面（グラウンド面）との電位差が大きくなると、コロナ放電領域からグロー放電領域、グロー放電領域からアーク放電領域と放電現象が遷移する。したがって、プラズマが不安定になって局所的にプラズマの電子密度が非常に高くなるとアーク放電が生じ、処理容器に大電流が流れ、処理容器を融解したり損傷させたりする。

しかしながら、本発明のかかる構成によれば、突起状の針電極が、処理容器の内壁に設けられる。針電極は、プラズマから針電極の突起部分への放電を促す。これにより、プラズマと処理容器壁面（グラウンド面）との電位差がアーク放電を生じさせるほど大きな電位差が生じる前に、アーク放電を生じさせる電位差よりも小さい電位差で発生するコロナ放電を開始させることができる。

このようにして、プラズマ中に局所的に電位が高い部分が生じても、比較的低電位のうちに部分放電であるコロナ放電を意図的に発生させることにより、プラズマから針電極への電子の流れを意図的に作ることができる。これにより、プラズマ電位が局所的に非常に高くなる前に、プラズマからグラウンド側に電子を逃がすことができる。この結果、プラズマ中の局所的に高くなった部分の電子密度を低下させ、その部分及びその周辺のプラズマ電位を低くすることができる。この結果、プラズマと処理容器との電位差が非常に大きくなった場合に生じるアーク放電の発生を抑制することができる。これにより、不安定なプラズマによって発生するアーク放電という予測不可能な放電により、不良なプラズマ処理結果が生じたり、処理容器内の低融点素材をアーク放電により融解したり、処理容器内を損傷したりすることを防止することができる。

また、このようにして針電極を避雷針として作用させることにより、コロナ放電でなくアーク放電が発生したとしても、その放電経路を針電極の先端に向けることができる。これにより、アーク放電のエネルギーを針電極に集中させることができ、この結果、金属電極や処理容器の内壁が融解したり、損傷したりすることを防止することができる。

また、かかる構成によれば、簡易な針電極を少なくとも一つプラズマ処理装置に設けるだけで良い。これにより、ほとんどコストを上げることなくメンテナンス時の調整も簡単な構成で、アーク放電を抑止することができる。

前記針電極の先端は、尖らずに丸く形成されていてもよい。

前記針電極の先端は、球状に形成されていてもよい。

前記針電極は、ニッケル、タングステン、モリブデンのいずれかから形成されていてもよい。

前記針電極は、処理容器の内壁のうち天井面、側壁面、底壁面の少なくともいずれかに設けられていてもよい。

前記針電極は、前記処理容器の内壁のうち天井面に密着して取り付けられた金属電極の外周部に設けられていてもよい。

前記針電極は、前記金属電極の外周部に複数設けられていてもよい。

前記針電極は、さらに前記金属電極の内周部にも設けられることができる。

以上説明したように本発明によれば、プラズマ処理装置に設けられた突起により、アーク放電を生じさせるほど大きな電位差が生じる前に、アーク放電で流れる電流よりも小さな電流しか流れない放電を促すことにより、アーク放電を抑止することができる。

本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図（図２の２−Ｏ−Ｏ’断面）である。 同実施形態に係るプラズマ処理装置の天井面（図１の１−１断面）を示した図である。 第１及び第２実施形態に係る針電極の形状を説明するための図である。 図４（ａ）（ｂ）は、第１及び第２実施形態に係るプラズマ処理装置における放電現象を説明するための図である。 本発明の第１実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置の天井面を示した図である。 本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置の縦断面図（図７の４−Ｏ−Ｏ’−４断面）である。 同実施形態に係るプラズマ処理装置の天井面（図６の３−３断面）を示した図である。 本発明の第２実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置の天井面を示した図である。 従来のプラズマ処理装置における放電現象を説明するための図である。 一般的な各種放電領域を説明するための図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

なお、以下で説明する本発明の各実施形態に係るプラズマ処理装置は、理解が容易になるように以下では次の順序で説明する。

＜第１実施形態＞
［第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成］
［針電極の配置位置］
［針電極の形状］
［針電極と放電現象］
［第１実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例に係る針電極の配置位置］
＜第２実施形態＞
［第２実施形態に係るプラズマ処理装置の構成］
［針電極の配置位置］
［第２実施形態に係るラズマ処理装置の変形例に係る針電極の配置位置］

＜第１実施形態＞
［第１実施形態に係るプラズマ処理装置の構成］
まず、本発明の第１実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置について、図１及び図２を参酌しながら説明する。図１は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図であり、図２の２−Ｏ−Ｏ’−２断面を示す。図２は、マイクロ波プラズマ処理装置の天井面を示した図であり、図１の１−１断面を示す。なお、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、プラズマ処理装置の一例である。

図１及び図２に示したように、マイクロ波プラズマ処理装置１０は、ガラス基板（以下、「基板Ｇ」という。）をプラズマ処理するための処理容器１００を有している。処理容器１００は、容器本体２００と蓋体３００とから構成される。容器本体２００は、その上部が開口された有底立方体形状を有していて、その開口は蓋体３００により閉塞されている。蓋体３００は、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとから構成されている。容器本体２００と下部蓋体３００ｂとの接触面にはＯリング２０５が設けられていて、これにより容器本体２００と下部蓋体３００ｂとが密閉され、処理室が画定される。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの接触面にもＯリング２１０及びＯリング２１５が設けられていて、これにより、上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとが密閉されている。容器本体２００及び蓋体３００は、たとえば、アルミニウム合金等の金属からなり、電気的に接地されている。

処理容器１００の内部には、基板Ｇを載置するためのサセプタ１０５（ステージ）が設けられている。サセプタ１０５は、たとえば窒化アルミニウムから形成されている。サセプタ１０５は、支持体１１０に支持されていて、その周囲には処理室のガスの流れを好ましい状態に制御するためのバッフル板１１５が設けられている。また、処理容器１００の底部にはガス排出管１２０が設けられていて、処理容器１００の外部に設けられた真空ポンプ（図示せず）を用いて処理容器１００内のガスが排出される。

図２を見ると、処理容器１００の天井面には、誘電体板３０５、金属電極３１０及び金属カバー３２０が規則的に配置されている。金属電極３１０及び金属カバー３２０の周囲には、サイドカバー３５０が設けられている。誘電体板３０５は、蓋体３００の内壁と金属電極３１０によりサンドイッチされる。金属電極３１０は、処理容器１００の内壁と電気的に接続されている。誘電体板３０５はアルミナにより形成され、金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０はアルミニウム合金により形成されている。

誘電体板３０５及び金属電極３１０は、螺子３２５により４カ所から均等に支持されている。上部蓋体３００ａと下部蓋体３００ｂとの間には、紙面に垂直な方向に形成された主ガス流路３３０が設けられている。主ガス流路３３０は、複数の螺子３２５内に設けられたガス流路３２５ａにガスを分流する。ガス流路３２５ａの入口には、流路を狭める細管３３５が嵌入されている。細管３３５は、セラミックスや金属からなる。金属電極３１０と誘電体板３０５との間にはガス流路３１０ａが設けられている。金属カバー３２０と誘電体板３０５との間及びサイドカバー３５０と誘電体板３０５との間にもガス流路３２０ａが設けられている。

ガス供給源９０５から出力されたガスは、主ガス流路３３０からガス流路３２５ａ（枝ガス流路）を通過し、金属電極３１０内の第１のガス流路３１０ａ及び金属カバー３２０やサイドカバー３５０内の第２のガス流路３２０ａを通ってガス放出穴３４５ａ、３４５ｂから処理室内に供給される。このようにして天井部の金属面にガスシャワープレートが形成される。第１の同軸管６１０の外周近傍の下部蓋体３００ｂと誘電体板３０５との接触面にはＯリング２２０が設けられていて、第１の同軸管６１０内の大気が処理容器１００の内部に入らないようになっている。

蓋体３００を掘り込んで形成された第１の同軸管の外部導体６１０ｂには、内部導体６１０ａが挿入されている。同様にして掘り込んで形成された他の同軸管の外部導体６３０ｂ〜６５０ｂには、内部導体６３０ａ〜６５０ａが挿入され、その上部は蓋カバー６６０で覆われている。同軸管６４０は、図示しない方形導波管を介してマイクロ波源９００に接続されている。マイクロ波源９００は、９１５ＭＨｚのマイクロ波を出力する。

図２に示した誘電体板３０５の表面は、第１の同軸管６１０から誘電体板３０５にマイクロ波が入射する部分と誘電体板３０５からマイクロ波が放出される部分を除いて金属膜３０５ａにて被覆されている。これにより、誘電体板３０５とそれに隣接する部材間に生じた空隙によってもマイクロ波の伝搬が乱されず、安定してマイクロ波を処理容器内に導くことができる。

図１に示したように、誘電体板３０５は、誘電体板３０５に一対一に隣接した金属電極３１０と誘電体板３０５が配置されていない処理容器１００の内壁（金属カバー３２０で覆われた処理容器１００の内壁を含む）の間から露出している。誘電体板３０５と誘電体板３０５が配置されていない処理容器１００の内壁（金属カバー３２０で覆われた処理容器１００の内壁を含む）とは、実質的に相似をなす形状か、または実質的に対称となる形状となっている。これにより、誘電体板から金属電極側及び内壁側（金属カバー３２０及びサイドカバー３５０側）に概ね均等にマイクロ波の電力が供給される。この結果、誘電体板３０５から放出されたマイクロ波は、表面波となって電力を半分に分配しながら金属電極３１０、金属カバー３２０及びサイドカバー３５０の表面を伝搬する。処理容器内面の金属面とプラズマとの間を伝搬する表面波を、以下、金属表面波（Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｗａｖｅ）という。

冷媒供給源９１０は、蓋体内部の冷媒配管９１０ａに接続されていて、冷媒供給源９１０から供給された冷媒が冷媒配管９１０ａ内を循環して再び冷媒供給源９１０に戻ることにより、蓋体３００及び内部導体の加熱を抑止するようになっている。

［針電極の配置位置］
図１及び図２に示したように、処理容器１００の天井面であって金属電極３１０の外周部には、処理容器１００と電気的に接続された針電極３４０が４隅とその間に４つ等間隔に設けられている。本実施形態では、各針電極３４０は、対称的に設置されているが、金属電極３１０の外周部または内周部に１又は複数個設置されることができる。

［針電極の形状］
次に、針電極３４０の形状について、図３を参照しながら説明する。図３（ａ）に示したように、針電極３４０は、突起した先端部３４０ａが概ね針状で本体部３４０ｂが概ね棒状の部材であり、たとえば避雷針と同様の機能を有する。

ただし、針電極３４０の先端３４０ａは、尖らずに丸く形成されている。これは、放電中、針電極３４０の先端３４０ａが尖っていると、先端３４０ａにエネルギーが集中しすぎて、先端３４０ａが融解する可能性が高くなるためである。先端３４０ａを丸く形成することにより、先端３４０ａの面積を広くして、放電時の先端３４０ａへのエネルギーの集中を丸み部分に分散して、先端３４０ａが放電で融解されないように工夫してある。

図３（ｂ）に示したように、針電極３４０の先端３４０ａを球状にしてもよい。これによれば、図３（ａ）の先端３４０ａを丸くした場合より、先端３４０ｂの面積を更に広くすることができ、放電時の先端３４０ｂへのエネルギーの集中をさらに分散させて、先端３４０ａの融解をさらに回避することができる。

針電極３４０は、処理容器を形成するアルミニウムより融点が高い材料から形成されている。針電極３４０は、たとえば、ニッケル、タングステン、モリブデンのいずれかから形成されていてもよい。前述したように、針電極３４０を高融点材料から形成することにより、放電時のエネルギーによって針電極３４０が融解されないようにする。

図４（ａ）及び図４（ｂ）では、処理容器内を模式的に示した。図４（ａ）に示したように、針電極３４０は、処理容器１００の天井面であって金属電極３１０の外周部に複数設けられていてもよく、図４（ｂ）に示したように、処理容器１００の側壁面や処理容器１００の底壁面から複数突き出ていてもよい。すなわち、針電極３４０は、処理容器１００の内壁のうち天井面、側壁面、底壁面の少なくともいずれかに設けられていればいずれから突き出ていてもよい。また、針電極３４０の個数は、１つであってもよく複数であってもよい。

ただし、針電極３４０を処理容器内のプラズマ対向面（特に天井面）に配置する場合、針電極３４０の融解等による金属汚染やコンタミの発生はプロセスに大きく影響を及ぼし歩留まりを低下させる。そして、アルミニウムより高融点材料のうちタングステンやモリブデンはプロセスに上記影響を及ぼす懸念がある。よって、針電極３４０をプラズマ対向面（特に天井面）に配置する場合にはプロセスに影響がないニッケルを用いることが好ましい。具体的には、図４（ａ）の天井面から突き出た針電極３４０や図４（ｂ）の側壁面から突き出た針電極３４０は、ニッケルから形成されていることが好ましい。一方、図４（ｂ）の底壁面から突き出た針電極３４０は、金属汚染やコンタミの影響が少ない位置に配置されているため、タングステン、モリブデン、ニッケルのいずれかから形成されることができる。

［針電極と放電現象］
針電極３４０は、以上のように処理容器１００の内壁に設けられた突起であり、プラズマからの放電を促すために設けられている。以下、針電極３４０と放電現象との関係について説明する。

通常、処理容器内の部材はアルミニウムで構成されていて、極力平坦な形状にし、その表面も鏡面状に磨いて平滑な状態にすることにより、プラズマからの異常放電が生じないようにしている。均一なプラズマでは、プラズマの分布は一様であるが、プロセス条件により不安定なプラズマが発生すると、プラズマ中で強い部分（電子密度Ｎｅが高い部分）と弱い部分（電子密度Ｎｅが低い部分）の分布が生じ、プラズマ中の電子密度が高い部分と処理容器壁面（グラウンド面）との間に大きな電位差が生じる。このような場合、処理容器内を平坦にしていても、プラズマ処理装置９０の処理容器１００内壁のアルミニウム表面のわずかな凹凸部分に向けて強い異常放電が生じる。

放電現象については、図１０に示したように、電圧及び電流の関係により３種類の放電現象が現れることが知られている。そのうち、コロナ放電は、比較的低電流で生じる放電であるのに対して、アーク放電では大電流が流れ、雷のように処理容器内の金属表面を這う強い放電である。グロー放電では、コロナ放電とアーク放電の中間の電流が流れる。

外部からの刺激によって電子の供給が停止されても電離が継続する段階を自続放電という。アーク放電、グロー放電、コロナ放電はすべて自続放電である。そのうち、金属間の部分放電はコロナ放電であり、全路破壊のグロー放電及びアーク放電と大別される。

コロナ放電は、針電極の周りに不均一な電界が生じることにより起こる持続的な放電である。コロナ放電によって流れる電流は小さく、図１０に示したように数μＡ程度である。グロー放電は、低圧の気体中の持続的な放電現象である。グロー放電によって流れる電流は、数μＡ〜１Ａ程度であり、これ以上に電流が増加するとアーク放電に遷移する。アーク放電は、放電の最終形態となっていて、アーク放電によって流れる電流は、１Ａ〜１０^４Ａ程度と大電流である。

プラズマ放電は、プラズマ中の電子がグラウンド側である処理容器壁面に向かって流れる経路である。近年、エネルギーのハイパワー化やプラズマに使用するガス種の多様化によって、処理容器内を平坦にしていても、アルミニウム表面のわずかな凹凸部分に向けて強いアーク放電Ａが現れる場合がある（図９参照）。

不安定なプラズマによって発生するアーク放電は、予測不可能な放電であり、不良なプラズマ処理結果を生じさせるだけでなく、チャンバ内を損傷させる。アーク放電では、初め局所的に電流が流れ始め、電気抵抗によって電流が流れているアルミニウムの温度を徐々に上昇させる。このようにしてチャンバ壁面の温度がアルミニウムの融点を超えたとき、処理容器内壁のアルミニウムは融解する。アーク放電により、処理容器を形成するアルミニウムが割れる場合もある。アーク放電は、処理容器内のプラズマに対向した面から粒子をスパッタし、予測不可能なタイミングで処理容器内に好ましくない汚染物を生じさせることもある。

図１０に示したように、プラズマと処理容器壁面（グラウンド面）との電位差が大きくなるほど、大電流のアーク放電が生じ、これらの電位差が小さくなるに従い、放電現象は、中電流のグロー放電、低電流のコロナ放電に遷移する。したがって、プラズマが不安定になって局所的に電子密度が高い部分が生じ、その部分でのプラズマ電位が局所的に高くなると、アーク放電が生じる可能性が高くなる。

そこで、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、突起状の針電極３４０が、プラズマ処理が行われる処理容器１００の内壁に設けられる。針電極３４０を作るとその周りにコロナ放電を作りやすい。つまり、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、針電極３４０に向けて意図的にプラズマ側からの電子の流れを作る。これにより、プラズマから針電極３４０への放電が促される。この結果、プラズマと処理容器内壁のグラウンド面との間にアーク放電を生じさせるほど大きな電位差が生じる前に、より小さな電位差で発生するコロナ放電を故意的に発生させることができる。

具体的には、図４に示したように、プラズマが不安定になって局所的に電子密度の大きな部分Ｂが生じて、プラズマ中の部分Ｂと処理容器１００のグラウンド面（内壁）との間の電位差が、プラズマの他の部分とグラウンド面との間の電位差よりも大きくなったとき、針電極３４０が設けられていることにより、その突起に向かって放電経路が作りやすくなる。この結果、アーク放電を生じさせるほど大きな電位差が生じる前に、針電極３４０に向けてコロナ放電Ｃを故意的に発生させることができる。

このようにして、プラズマ中に局所的に電位が高い部分Ｂが生じたとき、比較的低電位のうちに部分放電であるコロナ放電を意図的に発生させることにより、プラズマから針電極３４０への電子の流れである放電経路を意図的に作り、プラズマからグラウンド側に電子を逃がす。これにより、プラズマ中の局所的に高くなった部分Ｂの電子密度Ｎｅを低下させ、その部分Ｂ及びその周辺のプラズマ電位を低くすることができる。この結果、プラズマ電位が高くプラズマと処理容器壁面との電位差が大きくなった場合に生じるアーク放電の発生を抑止することができる。これにより、不安定なプラズマによって発生するアーク放電という予測不可能な放電により、不良なプラズマ処理結果が生じたり、処理容器内の低融点素材を融解したり、処理容器内を損傷したりすることを防止できる。

また、かかる構成によれば、たとえ処理容器内にてアーク放電が発生しても針電極３４０の先端に放電させることができる。このようにして、針電極３４０を避雷針として作用させることにより、金属電極３１０や処理容器１００の内壁に融解や損傷を与えないようにすることができる。

また、かかる構成によれば、簡易な針電極３４０を少なくとも一つプラズマ処理装置に設けるだけで良い。これにより、コスト安かつメンテナンス時の調整も簡単な構成で、アーク放電を抑止することができる。

［第１実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例に係る針電極の配置位置］
第１実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例に係る針電極の配置位置としては、図５に示した配置であってもよい。図５は、第１実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１０の天井面を示した図である。プラズマ処理装置１０の天井面の中央には、４つの金属電極３１０及び４つの誘電体板３０５が各頂点を合わせるように天井面に密着して取り付けられている。本変形例では、４つの金属電極３１０及び４つの誘電体板３０５の中央は天井面が露出している。そこで、本変形例では、第１実施形態と同様に、処理容器１００と電気的に接続された針電極３４０が金属電極３１０の外周部の４隅とその間に４つ設置されているのに加えて、さらに、金属電極３１０の内周部に１つ設置されている。これによっても、プラズマから各針電極３４０への電子の流れを積極的に作ることができる。これにより、プラズマと処理容器内壁のグラウンド面との間にアーク放電を生じさせるほど大きな電位差が生じる前に、より小さな電位差で発生するコロナ放電を故意的に発生させることができる。

＜第２実施形態＞
［第２実施形態に係るプラズマ処理装置の構成］
次に、本発明の第２実施形態にかかるマイクロ波プラズマ処理装置について、図６及び図７を参酌しながら説明する。図６は、本実施形態に係るマイクロ波プラズマ処理装置の縦断面図であり、図７の４−Ｏ−Ｏ’−４断面を示す。図７は、マイクロ波プラズマ処理装置の天井面を示した図であり、図６の３−３断面を示す。

［針電極の配置位置］
図７に示したように、本実施形態に係るプラズマ処理装置１０では、８つの金属電極３１０及び８つの誘電体板３０５が各頂点を合わせるように天井面に密着して取り付けられている。また、８つの金属電極３１０の内側には３つの金属カバー３２０が取り付けられ、８つの金属電極３１０の外側にはサイドカバー３５０が取り付けられている。

本実施形態においても、第１実施形態と同様に、処理容器１００と電気的に接続された針電極３４０が金属電極３１０の外周部にて４隅とその間に８つ等間隔に設置されている。これによっても、プラズマから各針電極３４０への電子の流れを積極的に作ることができる。これにより、プラズマと処理容器内壁のグラウンド面との間にアーク放電を生じさせるほど大きな電位差が生じる前に、より小さな電位差で発生するコロナ放電を故意的に発生させることができる。

［第２実施形態に係るラズマ処理装置の変形例に係る針電極の配置位置］
第２実施形態に係るプラズマ処理装置の変形例に係る針電極の配置位置としては、図８に示した配置であってもよい。図８は、第２実施形態の変形例に係るプラズマ処理装置１０の天井面を示した図である。プラズマ処理装置１０の天井面の中央には、８つの金属電極３１０及び８つの誘電体板３０５が各頂点を合わせるように天井面に密着して取り付けられている。本変形例では、８つの金属電極３１０及び８つの誘電体板３０５の中央は天井面が露出している。そこで、本変形例では、第２実施形態と同様に、処理容器１００と電気的に接続された針電極３４０が金属電極３１０の外周部の４隅とその間に８つ設置されているのに加えて、さらに、金属電極３１０の内周部に３つ設置されている。これによっても、プラズマから各針電極３４０への電子の流れを積極的に作ることができる。これにより、プラズマ中にて局所的に電位が高い部分が生じたとき、それが比較的低電位のうちに部分放電であるコロナ放電を意図的に発生させることにより、プラズマ中の比較的電位が高い部分の電子をグラウンド側に流し、これにより局所的に電位が高かった部分の電子密度を下げてプラズマ電位を低くすることにより、アーク放電の発生を抑止することができる。

以上に説明したように、各実施形態及びその変形例に係るプラズマ処理装置１０では、金属電極３１０以外のところに針電極３４０を配置する。係る構成によれば、そこから優先的に不安定な電位をグラウンドに逃がすことにより、異常放電の発生を抑え、アーク放電による金属の融解を回避し、金属電極３１０や処理容器１００に損傷を与えないようにする。その際、針電極３４０は、主に金属電極３１０の周辺部に配置される。これにより、針電極３４０が配置された金属電極周辺より外側の壁にアーク放電が落下しないようにすることができる。なお、針電極３４０は、対称性をもって配置してもよく、そうでなくてもよい。また、針電極３４０は、金属電極３１０の外周部だけでなく、金属電極３１０の内周部に設けてもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、電極は、常時、コロナ放電を生じさせるより、ある程度の電位以上になったときに初めてコロナ放電を発生させるように、放電の発生条件と針電極３４０の物理的形状との関係を最適化するとよい。

また、上記実施形態では、マイクロ波プラズマ処理装置を例に挙げて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。プラズマ処理装置は、たとえば、マイクロ波プラズマ処理装置に限られず、容量結合型プラズマ処理装置、誘導結合型プラズマ処理装置、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）装置等であってもよい。

また、上記実施形態では、エネルギー源としてマイクロ波源を例に挙げて説明したが、マイクロ波源は電磁波を出力する電磁波源の一例であり、高周波電源等であってもよい。

１０ プラズマ処理装置
１００ 処理容器
３０５ 誘電体板
３１０ 金属電極
３２０ 金属カバー
３４０ 針電極
３５０ サイドカバー
Ａ アーク放電
Ｃ コロナ放電

Claims (8)

1. 所望のガスを導入するガス供給源と、
   電磁波を出力する電磁波源と、
   前記ガス供給源から導入された所望のガスを前記電磁波源から出力された電磁波のエネルギーにより励起させることによってプラズマを生成し、生成されたプラズマにより内部にて被処理体にプラズマ処理を施す処理容器と、
   前記処理容器の内壁に設けられた突起であって、プラズマから前記突起への放電を促す針電極と、を備えるプラズマ処理装置。
2. 前記針電極の先端は、尖らずに丸く形成されている請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記針電極の先端は、球状に形成されている請求項１又は請求項２のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
4. 前記針電極は、ニッケル、タングステン、モリブデンのいずれかから形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記針電極は、処理容器の内壁のうち天井面、側壁面、底壁面の少なくともいずれかに設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記針電極は、前記処理容器の内壁のうち天井面に密着して取り付けられた金属電極の外周部に設けられる請求項５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記針電極は、前記金属電極の外周部に複数設けられる請求項６に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記針電極は、前記金属電極の内周部に設けられる請求項６又は請求項７のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
   

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