JP2010277902A - Plasma-processing device - Google Patents

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Masaji Tange
正次 丹下
Tatsuya Terasawa
達矢 寺澤
Yuji Watanabe
祐二 渡邊
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma-processing device by which the processed region of a processed object is evenly processed. <P>SOLUTION: The plasma-processing device 1002 scans a workpiece 1902 supported by a first electrode structure 1004 having a first electrode 1012 comprising a first opposing surface 1020 with the same planar shape as that of the processed region 1908, by means of a second electrode structure 1036 having a second electrode 1046 comprising a linear second opposing surface 1050. Further, the device 1002 actuates the plasma onto the upper surface 1904 of the workpiece 1902, by applying a voltage between the first electrode 1012 and the second electrode 1046 while scanning the workpiece 1902 by the second electrode structure 1036, and generating the plasma in a gap 1038 between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、被処理物の表面の一部を占める被処理領域を処理するプラズマ処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma processing apparatus for processing a processing region that occupies a part of the surface of a processing target.

特許文献1は、被処理物(バンクBまで形成されたガラス基板2)の表面の一部を占める被処理領域(凹部9)を処理するプラズマ処理装置(表面処理装置30)に関する。特許文献1のプラズマ処理装置は、被処理物を支持する支持面を持つ第1の電極(載置台32)と、第2の電極(高周波印加電極40)と、被処理物と第2の電極との間に挿入され被処理領域の平面形状に応じた平面形状を有する第3の電極(パターン電極膜36)とを備える。   Patent Document 1 relates to a plasma processing apparatus (surface processing apparatus 30) that processes a processing target region (concave portion 9) that occupies a part of the surface of a processing target (glass substrate 2 formed up to bank B). The plasma processing apparatus disclosed in Patent Document 1 includes a first electrode (mounting table 32) having a support surface for supporting an object to be processed, a second electrode (high frequency application electrode 40), an object to be processed, and a second electrode. And a third electrode (pattern electrode film 36) having a planar shape corresponding to the planar shape of the region to be processed.

特開2006−173486号公報JP 2006-173486 A

特許文献1のプラズマ処理装置では、被処理物が大型化すると、電極が対向する面積が広くなるため、放電の均一性が劣化し、被処理物の被処理領域が均一に処理されない。   In the plasma processing apparatus of Patent Document 1, when the object to be processed is enlarged, the area where the electrodes face each other is widened, so that the uniformity of discharge is deteriorated and the region to be processed of the object to be processed is not uniformly processed.

本発明は、この問題を解決するためになされたもので、被処理物の被処理領域が均一に処理されるプラズマ処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve this problem, and an object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus in which a region to be processed of an object to be processed is processed uniformly.

上記課題を解決するため以下の手段が提供される。   In order to solve the above problems, the following means are provided.

第1のプラズマ処理装置は、被処理物の表面の被処理領域の平面形状に応じた平面形状を有する第1の対向面を持つ第1の電極を備え被処理物を支持する支持面を持つ第1の電極構造体と、線状の第2の対向面を持つ第2の電極を備える第2の電極構造体と、一の出力端が前記第1の電極に接続され他の出力端が前記第2の電極に接続された電源と、前記第1の対向面と前記第2の対向面とが対向する対向位置を経由して前記第2の対向面が延在する方向とは異なる方向へ前記第1の電極構造体に対して前記第2の電極構造体を相対移動させる搬送機構と、前記第1の電極構造体に対する前記第2の電極構造体の相対位置が前記対向位置にあるときの前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、を備える。   The first plasma processing apparatus includes a first electrode having a first opposing surface having a planar shape corresponding to a planar shape of a region to be processed on the surface of the workpiece, and has a support surface that supports the workpiece. A first electrode structure, a second electrode structure including a second electrode having a linear second facing surface, one output end connected to the first electrode, and the other output end A direction different from a direction in which the second facing surface extends via a power source connected to the second electrode and a facing position where the first facing surface and the second facing surface face each other. A transport mechanism that moves the second electrode structure relative to the first electrode structure, and a relative position of the second electrode structure relative to the first electrode structure is at the facing position. A processing gas supply for supplying a processing gas to a gap between the first electrode structure and the second electrode structure It includes a structure, a.

第2のプラズマ処理装置は、第1のプラズマ処理装置において、前記第1の対向面と前記第2の対向面との対向面積が広くなるほど前記電源の出力を増加させる出力調整機構、をさらに備える。   The second plasma processing apparatus further includes an output adjustment mechanism that, in the first plasma processing apparatus, increases an output of the power source as a facing area between the first facing surface and the second facing surface increases. .

第3のプラズマ処理装置は、第2のプラズマ処理装置において、前記出力調整機構は、前記第1の電極構造体に対する前記第2の電極構造体の相対位置を検出する相対位置検出器と、前記第1の電極構造体に対する前記第2の電極構造体の相対位置と前記第1の対向面と前記第2の対向面との対向面積との関係を特定する情報を記憶する記憶装置と、前記相対位置検出器の検出結果を取得し前記記憶装置から相対位置と対向面積との関係を特定する情報を読み出し前記電源の出力を制御する制御部と、を備える。   The third plasma processing apparatus is the second plasma processing apparatus, wherein the output adjustment mechanism detects a relative position of the second electrode structure with respect to the first electrode structure; A storage device for storing information for specifying a relationship between a relative position of the second electrode structure with respect to the first electrode structure and a facing area between the first facing surface and the second facing surface; A control unit that acquires a detection result of the relative position detector, reads information specifying the relationship between the relative position and the facing area from the storage device, and controls the output of the power source.

第4のプラズマ処理装置は、第2のプラズマ処理装置において、前記電源はパルス電源であり、前記出力調整機構は、前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加される電気パルスのピーク電圧を検出するピーク電圧検出器と、前記ピーク電圧検出器の検出結果を取得し前記電源の出力を制御する制御器と、を備える。   The fourth plasma processing apparatus is the second plasma processing apparatus, wherein the power source is a pulse power source, and the output adjusting mechanism is an electric pulse applied between the first electrode and the second electrode. A peak voltage detector that detects the peak voltage of the power supply, and a controller that acquires the detection result of the peak voltage detector and controls the output of the power source.

第5のプラズマ処理装置は、第2のプラズマ処理装置において、前記出力調整機構は、前記間隙から放射されるプラズマ光を検出する光検出器と、前記光検出器の検出結果を取得し前記電源の出力を制御する制御部と、を備える。   The fifth plasma processing apparatus is the second plasma processing apparatus, wherein the output adjustment mechanism acquires a photodetector that detects plasma light radiated from the gap, a detection result of the photodetector, and the power source. And a control unit for controlling the output of.

第6のプラズマ処理装置は、第5のプラズマ処理装置において、前記光検出器は、プラズマ光の強度及び広がりを検出し、前記制御部は、プラズマ光の強度が強くなるほど前記電源の出力を増加させプラズマ光の広がりが広くなるほど前記電源の出力を増加させる。   The sixth plasma processing apparatus is the fifth plasma processing apparatus, wherein the photodetector detects the intensity and spread of the plasma light, and the control unit increases the output of the power source as the intensity of the plasma light increases. The output of the power source is increased as the spread of the plasma light is increased.

第7のプラズマ処理装置は、第1のプラズマ処理装置において、前記電源は、パルス電源である。   The seventh plasma processing apparatus is the first plasma processing apparatus, wherein the power source is a pulse power source.

第8のプラズマ処理装置は、第7のプラズマ処理装置において、前記パルス電源は、誘導エネルギー蓄積型である。   An eighth plasma processing apparatus is the seventh plasma processing apparatus, wherein the pulse power source is an inductive energy storage type.

本発明によれば、第1の電極の第1の対向面と第2の電極の第2の対向面との対向面積が狭くなるので、放電の均一性が向上し、被処理物の被処理領域が均一に処理される。   According to the present invention, since the facing area between the first facing surface of the first electrode and the second facing surface of the second electrode is narrowed, the uniformity of discharge is improved, and the processing object is processed. The area is processed uniformly.

請求項2ないし請求項6の発明によれば、第1の電極の第1の対向面と第2の電極の第2の対向面とが対向する領域の単位面積あたりの電源の出力の変動が減少し、被処理物の被処理領域がさらに均一に処理される。   According to the second to sixth aspects of the present invention, the fluctuation of the output of the power supply per unit area of the region where the first facing surface of the first electrode and the second facing surface of the second electrode are opposed to each other. The processing area of the object to be processed is more uniformly processed.

請求項8の発明によれば、第1の電極構造体と第2の電極構造体との間隙にストリーマ放電が発生するので、被処理物の被処理領域がさらに均一に処理される。   According to the invention of claim 8, since the streamer discharge is generated in the gap between the first electrode structure and the second electrode structure, the region to be processed of the object to be processed is more uniformly processed.

第1実施形態のプラズマ処理装置の斜視図である。It is a perspective view of the plasma processing apparatus of 1st Embodiment. ワークの斜視図である。It is a perspective view of a workpiece. 第1の電極構造体の斜視図である。It is a perspective view of the 1st electrode structure. リアクタの断面図である。It is sectional drawing of a reactor. 第2の電極構造体の斜視図である。It is a perspective view of the 2nd electrode structure. 処理ガス供給体の斜視図である。It is a perspective view of a processing gas supply body. IESパルス及びCESパルスの概略の波形を示す図である。It is a figure which shows the rough waveform of an IES pulse and a CES pulse. IESパルス及びCESパルスの概略の波形を示す図である。It is a figure which shows the rough waveform of an IES pulse and a CES pulse. IESパルス及びCESパルスの概略の波形を示す図である。It is a figure which shows the rough waveform of an IES pulse and a CES pulse. IES電源の回路図である。It is a circuit diagram of an IES power supply. ストリーマ放電の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of streamer discharge. ストリーマ放電の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state of streamer discharge. 第2実施形態の出力調整機構のブロック図である。It is a block diagram of the output adjustment mechanism of 2nd Embodiment. 第3実施形態の出力調整機構のブロック図である。It is a block diagram of the output adjustment mechanism of 3rd Embodiment. ピークホールド回路の回路図である。It is a circuit diagram of a peak hold circuit. 電圧比較回路の回路図である。It is a circuit diagram of a voltage comparison circuit. 第4実施形態の出力調整機構のブロック図である。It is a block diagram of the output adjustment mechanism of 4th Embodiment. 第5実施形態の第2の電極構造体の斜視図である。It is a perspective view of the 2nd electrode structure of a 5th embodiment. 第6実施形態の第1の電極構造体の斜視図である。It is a perspective view of the 1st electrode structure of a 6th embodiment. 第7実施形態の第1の電極構造体の斜視図である。It is a perspective view of the 1st electrode structure of a 7th embodiment.

(1.第1実施形態)
(プラズマ処理装置1002の概略)
第1実施形態は、ワーク1902の上面1904の一部を占める被処理領域1908を処理するプラズマ処理装置1002に関する。第1実施形態のプラズマ処理装置1002は、被処理領域1908の平面形状と同一の平面形状を有する第1の対向面1020を持つ第1の電極1012を備える第1の電極構造体1004に支持されたワーク1902を線状の第2の対向面1050を持つ第2の電極1046を備える第2の電極構造体1036で走査する。また、プラズマ処理装置1002は、第2の電極構造体1036でワーク1902の上面1904を走査しながら第1の電極1012と第2の電極1046との間に電気パルスを印加し、第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038にプラズマを発生させ、ワーク1902の上面1904にプラズマを作用させる。このとき、第1の対向面1020と第2の対向面1050とが対向する領域に選択的に放電が起こるので、ワーク1902の被処理領域1908が選択的に処理される。
(1. First embodiment)
(Outline of plasma processing apparatus 1002)
The first embodiment relates to a plasma processing apparatus 1002 that processes a processing area 1908 that occupies a part of the upper surface 1904 of a work 1902. The plasma processing apparatus 1002 of the first embodiment is supported by a first electrode structure 1004 including a first electrode 1012 having a first facing surface 1020 having the same planar shape as the planar shape of the processing target region 1908. The workpiece 1902 is scanned with a second electrode structure 1036 including a second electrode 1046 having a linear second opposing surface 1050. In addition, the plasma processing apparatus 1002 applies an electric pulse between the first electrode 1012 and the second electrode 1046 while scanning the upper surface 1904 of the work 1902 with the second electrode structure 1036, thereby Plasma is generated in a gap 1038 between the structure body 1004 and the second electrode structure body 1036, and plasma is applied to the upper surface 1904 of the work 1902. At this time, since discharge selectively occurs in a region where the first facing surface 1020 and the second facing surface 1050 face each other, the processing target region 1908 of the workpiece 1902 is selectively processed.

(プラズマ処理装置1002の構造)
図1は、第1実施形態のプラズマ処理装置1002の模式図である。図1は、プラズマ処理装置1002の斜視図である。
(Structure of plasma processing apparatus 1002)
FIG. 1 is a schematic diagram of a plasma processing apparatus 1002 according to the first embodiment. FIG. 1 is a perspective view of the plasma processing apparatus 1002.

図1に示すように、プラズマ処理装置1002は、ワーク1902を支持する第1の電極構造体1004と、第1の電極構造体1004を搬送する搬送機構1006と、ワーク1902の上面1904を処理するリアクタ1008と、リアクタ1008に電気パルスを供給するパルス電源1010と、を備える。後述する利点は失われるものの、パルス電源1010に変えて高周波電源を採用してもよい。   As shown in FIG. 1, the plasma processing apparatus 1002 processes a first electrode structure 1004 that supports a work 1902, a transport mechanism 1006 that transports the first electrode structure 1004, and an upper surface 1904 of the work 1902. A reactor 1008 and a pulse power source 1010 that supplies electric pulses to the reactor 1008 are provided. Although the advantages described later are lost, a high frequency power supply may be employed instead of the pulse power supply 1010.

(ワーク1902及び処理の目的)
図2は、プラズマ処理装置1002により処理されるワーク1902の模式図である。図2は、ワーク1902の斜視図である。ワーク1902は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板である。
(Work 1902 and purpose of processing)
FIG. 2 is a schematic diagram of a work 1902 processed by the plasma processing apparatus 1002. FIG. 2 is a perspective view of the workpiece 1902. The work 1902 is a glass substrate for a flat panel display.

図2に示すように、ワーク1902は、矩形板形状を有する。ワーク1902の上面1904には発光層1906が縦方向及び横方向に規則的に配列される。   As shown in FIG. 2, the work 1902 has a rectangular plate shape. A light emitting layer 1906 is regularly arranged in the vertical direction and the horizontal direction on the upper surface 1904 of the work 1902.

プラズマ処理装置1002は、ワーク1902の上面1904の発光層1906が形成されていない格子形状の被処理領域1908を処理し、被処理領域1908のぬれ性を向上する。   The plasma processing apparatus 1002 processes a lattice-shaped target region 1908 on the upper surface 1904 of the workpiece 1902 where the light emitting layer 1906 is not formed, and improves the wettability of the target region 1908.

ワーク1902は、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板に制限されない。したがって、ワーク1902が、半導体基板、フラットパネルディスプレイ用のガラス基板以外のガラス基板等であってもよい。   The work 1902 is not limited to a glass substrate for a flat panel display. Therefore, the workpiece 1902 may be a glass substrate other than a semiconductor substrate, a glass substrate for a flat panel display, or the like.

被処理領域1908の平面形状も格子形状に制限されない。したがって、被処理領域1908の平面形状は任意である。   The planar shape of the processing target region 1908 is not limited to the lattice shape. Accordingly, the planar shape of the region to be processed 1908 is arbitrary.

処理の目的もぬれ性の向上に制限されない。したがって、表面に付着した汚染を除去するクリーニング、表面を侵食するエッチング、表面に形成されたフッ素化合物膜その他の膜を灰化するアッシング等を目的としてもよい。   The purpose of the treatment is not limited to the improvement of wettability. Therefore, cleaning for removing contamination attached to the surface, etching for eroding the surface, ashing for ashing a fluorine compound film or other film formed on the surface may be used.

(第1の電極構造体1004)
図3は、第1の電極構造体1004の模式図である。図3は、第1の電極構造体1004の斜視図である。「電極構造体」とは、少なくとも電極を含み、必要に応じて誘電体バリア等が付加された構造体である。
(First electrode structure 1004)
FIG. 3 is a schematic diagram of the first electrode structure 1004. FIG. 3 is a perspective view of the first electrode structure 1004. The “electrode structure” is a structure that includes at least an electrode and is provided with a dielectric barrier or the like as necessary.

図3に示すように、第1の電極構造体1004は、板形状を有する。第1の電極構造体1004は、第1の電極1012と、第1の電極1012を保持するホルダ1014と、第1の電極1012の第1の対向面(上面)1020を覆う第1の誘電体バリア1016とを備える。ホルダ1014と第1の誘電体バリア1016とを同一の絶縁材料で構成して一体化してもよい。ホルダ1014と第1の誘電体バリア1016とを一体化した場合、ホルダ1014と第1の誘電体バリア1016との一体物の中に第1の電極1012が埋設される。   As shown in FIG. 3, the first electrode structure 1004 has a plate shape. The first electrode structure 1004 includes a first dielectric that covers the first electrode 1012, the holder 1014 that holds the first electrode 1012, and the first facing surface (upper surface) 1020 of the first electrode 1012. A barrier 1016. The holder 1014 and the first dielectric barrier 1016 may be made of the same insulating material and integrated. When the holder 1014 and the first dielectric barrier 1016 are integrated, the first electrode 1012 is embedded in an integrated body of the holder 1014 and the first dielectric barrier 1016.

第1の電極1012は、アルミニウム、銅、ステンレス等の導電材料からなる。第1の電極1012は、板形状又は膜形状を有する。第1の電極1012の平面形状は、ワーク1902の被処理領域1908の平面形状に応じた平面形状、すなわち、格子形状である。第1の電極1012は、ワーク1902の下面1910に接する支持領域1018の全部を占める全面電極ではなくワーク1902の支持領域1018の一部を占める部分電極である。   The first electrode 1012 is made of a conductive material such as aluminum, copper, or stainless steel. The first electrode 1012 has a plate shape or a film shape. The planar shape of the first electrode 1012 is a planar shape corresponding to the planar shape of the processing target region 1908 of the workpiece 1902, that is, a lattice shape. The first electrode 1012 is a partial electrode that occupies a part of the support region 1018 of the work 1902, not a full surface electrode that occupies the entire support region 1018 in contact with the lower surface 1910 of the work 1902.

第1の電極1012の平面形状については、放電に主に寄与する第1の対向面1020の平面形状が重要である。しがって、第1の電極1012の第1の対向面1020がワーク1902の被処理領域1908の平面形状に応じた平面形状を有し、ワーク1902の支持領域1018の一部を占めていれば、十分である。第1の対向面1020は、平坦であることが望ましい。   Regarding the planar shape of the first electrode 1012, the planar shape of the first facing surface 1020 that mainly contributes to the discharge is important. Accordingly, the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 has a planar shape corresponding to the planar shape of the processing target region 1908 of the workpiece 1902 and occupies a part of the support region 1018 of the workpiece 1902. That's enough. The first facing surface 1020 is desirably flat.

ホルダ1014は、ガラス、アルミナ等の絶縁材料からなる。ホルダ1014は、板形状を有する。第1の電極1012が板形状を有する場合、ホルダ1014の上面1022には、第1の電極1012と略同一の立体形状を有する収容穴1024が形成される(図4参照)。収容穴1024には、第1の電極1012が収容される。第1の電極1012が収容穴1024に収容された状態においては、第1の電極1012の第1の対向面1020とホルダ1014の上面1022の収容穴1024が形成されない部分とは平坦な同一平面を構成する。   The holder 1014 is made of an insulating material such as glass or alumina. The holder 1014 has a plate shape. When the first electrode 1012 has a plate shape, an accommodation hole 1024 having substantially the same three-dimensional shape as the first electrode 1012 is formed on the upper surface 1022 of the holder 1014 (see FIG. 4). The first electrode 1012 is accommodated in the accommodation hole 1024. In the state where the first electrode 1012 is accommodated in the accommodation hole 1024, the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and the portion of the upper surface 1022 of the holder 1014 where the accommodation hole 1024 is not formed have the same flat surface. Constitute.

第1の誘電体バリア1016は、ガラス、アルミナ等の絶縁材料からなる。第1の誘電体バリア1016は、板形状を有する。第1の誘電体バリア1016は、ホルダ1014と同一の平面形状を有する。第1の誘電体バリア1016は、第1の電極1012の第1の対向面1020及びホルダ1014の上面1022に載置される。第1の誘電体バリア1016により、第1の電極1012が保護され、アーク放電の発生が抑制される。   The first dielectric barrier 1016 is made of an insulating material such as glass or alumina. The first dielectric barrier 1016 has a plate shape. The first dielectric barrier 1016 has the same planar shape as the holder 1014. The first dielectric barrier 1016 is placed on the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and the upper surface 1022 of the holder 1014. The first dielectric barrier 1016 protects the first electrode 1012 and suppresses the occurrence of arc discharge.

第1の誘電体バリア1016の上面(第1の電極構造体1004の上面)1025は、平坦になっている。なお、第1の誘電体バリア1016の上面1025の全体が平坦である必要はなく、支持領域1018が平坦であれば足りる。これにより、下面1910が平坦なワーク1902が第1の誘電体バリア1016の上面1025に適切に支持される。ワーク1902の下面1910が平坦でない場合は、第1の誘電体バリア1016の上面1025の支持領域1018は、ワーク1902の下面1910の凹凸と反対の凹凸を有する。   The upper surface of the first dielectric barrier 1016 (the upper surface of the first electrode structure 1004) 1025 is flat. Note that the entire upper surface 1025 of the first dielectric barrier 1016 does not need to be flat, and it is sufficient if the support region 1018 is flat. Accordingly, the work 1902 having a flat bottom surface 1910 is appropriately supported on the top surface 1025 of the first dielectric barrier 1016. When the lower surface 1910 of the work 1902 is not flat, the support region 1018 on the upper surface 1025 of the first dielectric barrier 1016 has unevenness opposite to the unevenness of the lower surface 1910 of the work 1902.

第1の誘電体バリア1016の板厚は、0.5〜5mmであることが望ましい。第1の誘電体バリア1016の板厚がこの範囲を下回ると、アーク放電が発生しやすくなる傾向があるからであり、この範囲を上回ると、第1の電極1012と第2の電極1046との間の静電容量が増加して第1の電極1012と第2の電極1046との間に立ち上がりの速い電気パルスを印加することが難しくなる傾向があるからである。   The plate thickness of the first dielectric barrier 1016 is desirably 0.5 to 5 mm. This is because if the plate thickness of the first dielectric barrier 1016 is less than this range, arc discharge tends to occur, and if the plate thickness exceeds this range, the first electrode 1012 and the second electrode 1046 may not be easily affected. This is because the capacitance between the first electrode 1012 and the second electrode 1046 tends to be difficult to apply a fast rising electric pulse.

(搬送機構1006)
図1に示すように、搬送機構1006は、リアクタ1008の外部の搬送開始位置1026からリアクタ1008の搬入口1028、リアクタ1008の内部及びリアクタ1008の搬出口1030(図4参照)を経てリアクタ1008の外部の搬送終了位置1032まで、ワーク1902が載置された第1の電極構造体1004を直線搬送する。
(Transport mechanism 1006)
As shown in FIG. 1, the transfer mechanism 1006 moves from the transfer start position 1026 outside the reactor 1008 through the carry-in port 1028 of the reactor 1008, the inside of the reactor 1008, and the carry-out port 1030 of the reactor 1008 (see FIG. 4). The first electrode structure 1004 on which the work 1902 is placed is linearly conveyed to the external conveyance end position 1032.

搬送機構1006は、第1の電極構造体1004が載置される長尺のキャリア1034を搬送開始位置1026から搬入口1028、リアクタ1008の内部及び搬出口1030を経て搬送終了位置1032まで延在させ、キャリア1034を延在方向に走行させる。搬送開始位置1026から搬入口1028、リアクタ1008の内部及び搬出口1030を経て搬送終了位置1032まで延在するレール等の案内部材に沿って第1の電極構造体1004が載置される非長尺のキャリア又は第1の電極構造体1004そのものを移動させる搬送機構も採用される。   The transport mechanism 1006 extends the long carrier 1034 on which the first electrode structure 1004 is placed from the transport start position 1026 to the transport end position 1032 through the transport inlet 1028, the inside of the reactor 1008 and the transport outlet 1030. The carrier 1034 is caused to travel in the extending direction. A non-elongation in which the first electrode structure 1004 is placed along a guide member such as a rail that extends from the transfer start position 1026 to the transfer end position 1032 through the transfer inlet 1028, the inside of the reactor 1008, and the transfer outlet 1030. A transport mechanism for moving the carrier or the first electrode structure 1004 itself is also employed.

ワーク1902を載置した2個以上の第1の電極構造体1004を搬送方向に配列し、複数のワーク1902を連続して処理してもよい。また、1個の第1の電極構造体1004に2個以上のワーク1902を載置してもよい。   Two or more first electrode structures 1004 on which the workpiece 1902 is placed may be arranged in the transport direction, and a plurality of workpieces 1902 may be processed continuously. In addition, two or more workpieces 1902 may be placed on one first electrode structure 1004.

(リアクタ1008)
図4は、リアクタ1008の模式図である。図4は、リアクタ1008の断面図である。
(Reactor 1008)
FIG. 4 is a schematic diagram of the reactor 1008. FIG. 4 is a cross-sectional view of the reactor 1008.

図4に示すように、リアクタ1008は、第2の電極構造体1036と、第2の電極構造体1036の下方を通過する第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038に処理ガスを供給する処理ガス供給体1040と、第2の電極構造体1036と処理ガス供給体1040との距離を調整する距離調整体1042と、これらを収容するハウジング1044とを備える。   As shown in FIG. 4, the reactor 1008 includes a second electrode structure 1036 and a gap between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036 that passes below the second electrode structure 1036. 1038 includes a processing gas supply body 1040 for supplying a processing gas to 1038, a distance adjusting body 1042 for adjusting the distance between the second electrode structure 1036 and the processing gas supply body 1040, and a housing 1044 for housing them.

(第2の電極構造体1036)
図5は、第2の電極構造体1036の模式図である。図5は、第2の電極構造体1036の斜視図である。
(Second electrode structure 1036)
FIG. 5 is a schematic diagram of the second electrode structure 1036. FIG. 5 is a perspective view of the second electrode structure 1036.

図5に示すように、第2の電極構造体1036は、板形状を有する。第2の電極構造体1036は、第2の電極1046と、第2の電極1046の表面を覆う第2の誘電体バリア1048とを備える。   As shown in FIG. 5, the second electrode structure 1036 has a plate shape. The second electrode structure 1036 includes a second electrode 1046 and a second dielectric barrier 1048 that covers the surface of the second electrode 1046.

第2の電極1046は、アルミニウム、銅、ステンレス等の導電材料からなる。第2の電極1046は、板形状を有する。第2の電極1046は、第1の電極1012と垂直に設置される。したがって、第2の電極1046の第2の対向面(下端面)1050は、第1の電極1012の第1の対向面1020と平行な方向に延在する線状の細長面となる。「線状の細長面」とは、第1の電極1012の第1の対向面1020と平行で第2の電極1046の第2の対向面1050の延在方向と垂直な方向について、第2の電極1046の第2の対向面1050の寸法が、少なくとも第1の電極1012の第1の対向面1020の寸法より小さく、望ましくは第1の電極1012の第1の対向面1020の寸法の1/10以下であることをいう。これにより、第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極1046の第2の対向面1050との対向面積が狭くなるので、放電の均一性が向上する。また、ワーク1092の上面1094は、第2の電極構造体1036で走査されるので、被処理領域1908の全体が処理される。この結果、ワーク1092の被処理領域1908の全体が均一に処理される。   The second electrode 1046 is made of a conductive material such as aluminum, copper, or stainless steel. The second electrode 1046 has a plate shape. The second electrode 1046 is installed perpendicular to the first electrode 1012. Therefore, the second opposing surface (lower end surface) 1050 of the second electrode 1046 is a linear elongated surface extending in a direction parallel to the first opposing surface 1020 of the first electrode 1012. The “linear elongated surface” refers to a second direction parallel to the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and perpendicular to the extending direction of the second facing surface 1050 of the second electrode 1046. The size of the second facing surface 1050 of the electrode 1046 is at least smaller than the size of the first facing surface 1020 of the first electrode 1012, preferably 1 / th of the size of the first facing surface 1020 of the first electrode 1012. It means 10 or less. Accordingly, since the facing area between the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and the second facing surface 1050 of the second electrode 1046 is reduced, the uniformity of discharge is improved. Further, since the upper surface 1094 of the workpiece 1092 is scanned by the second electrode structure 1036, the entire processing target region 1908 is processed. As a result, the entire processing area 1908 of the workpiece 1092 is processed uniformly.

「走査」とは、ワーク1092の上面1094に沿って第2の電極構造体1036をワーク1092の上面1094に対して相対移動させることをいう。「対向」とは、第1の対向面1020の法線方向から見たときに第1の対向面1020と第2の対向面とが重なることをいい、「対向面積」とは、そのように重なる領域の面積をいう。   “Scanning” refers to moving the second electrode structure 1036 relative to the upper surface 1094 of the work 1092 along the upper surface 1094 of the work 1092. The term “opposing” means that the first opposing surface 1020 and the second opposing surface overlap when viewed from the normal direction of the first opposing surface 1020, and “opposing area” means The area of the overlapping region.

第2の電極1046の板厚は、1〜20mmであることが望ましい。   The plate thickness of the second electrode 1046 is desirably 1 to 20 mm.

第2の誘電体バリア1048は、ガラス、アルミナ等の絶縁材料からなる。第2の誘電体バリア1048は、細長矩形形状の開口を上面に有する鞘形状を有する。第2の誘電体バリア1048には、第2の電極1046と略同一の立体形状を有する収容穴1037が形成される(図4参照)。収容穴1037には、第2の誘電体バリア1048の主面に平行に第2の電極1046が収容される。図5に示す第2の誘電体バリア1048は、第2の電極1046の全体を収容しているが、放電の発生に主に寄与するのは第2の電極1046の第2の対向面1050であるので、第2の誘電体バリア1048に収容されているのが第2の電極1046の第2の対向面1050の近傍のみであっても問題はない。第2の誘電体バリア1048により、第2の電極1046が保護され、アーク放電の発生が抑制される。   The second dielectric barrier 1048 is made of an insulating material such as glass or alumina. The second dielectric barrier 1048 has a sheath shape having an elongated rectangular opening on the upper surface. The second dielectric barrier 1048 is formed with a receiving hole 1037 having a substantially same three-dimensional shape as the second electrode 1046 (see FIG. 4). The accommodation hole 1037 accommodates the second electrode 1046 in parallel to the main surface of the second dielectric barrier 1048. The second dielectric barrier 1048 shown in FIG. 5 accommodates the entire second electrode 1046, but it is the second opposing surface 1050 of the second electrode 1046 that mainly contributes to the generation of discharge. Therefore, there is no problem even if the second dielectric barrier 1048 is accommodated only in the vicinity of the second facing surface 1050 of the second electrode 1046. The second dielectric barrier 1048 protects the second electrode 1046 and suppresses the occurrence of arc discharge.

第2の誘電体バリア1048の第2の対向面1050を覆う部分の厚さは、0.5〜5mmであることが望ましい。第2の誘電体バリア1048の厚さがこの範囲を下回ると、アーク放電が発生しやすくなる傾向があるからであり、この範囲を上回ると、第1の電極1012と第2の電極1046との間の静電容量が増加して第1の電極1012と第2の電極1046との間に立ち上がりの速い電気パルスを印加することが難しくなる傾向があるからである。   The thickness of the portion covering the second facing surface 1050 of the second dielectric barrier 1048 is desirably 0.5 to 5 mm. This is because when the thickness of the second dielectric barrier 1048 is less than this range, arc discharge tends to occur. When the thickness is greater than this range, the first electrode 1012 and the second electrode 1046 This is because the capacitance between the first electrode 1012 and the second electrode 1046 tends to be difficult to apply a fast rising electric pulse.

図4は、リアクタ1008が備える第2の電極構造体1036の数が2個である場合を示しているが、第2の電極構造体1036の数を増減してもよい。   FIG. 4 shows a case where the reactor 1008 includes two second electrode structures 1036, but the number of second electrode structures 1036 may be increased or decreased.

(第1の電極構造体1004の搬送方向)
第1の電極構造体1004の搬送方向は、第2の電極1040の第2の対向面1050の延在方向とは異なる方向であり、第2の電極1040の第2の対向面1050の延在方向とは90°異なる方向であることが望ましい。ワーク1902を支持する第1の電極構造体1004が搬送機構1006により搬送されると、ワーク1902を支持する第1の電極構造体1004が第2の電極構造体1036の下方、すなわち、第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極1046の第2の対向面1050とが上下に離隔して対向する対向位置を経由して移動し、第2の電極構造体1036でワーク1902の上面1910が走査される。
(Conveying direction of first electrode structure 1004)
The transport direction of the first electrode structure 1004 is different from the extending direction of the second facing surface 1050 of the second electrode 1040, and the extending direction of the second facing surface 1050 of the second electrode 1040. It is desirable that the direction is 90 ° different from the direction. When the first electrode structure 1004 that supports the work 1902 is transported by the transport mechanism 1006, the first electrode structure 1004 that supports the work 1902 is below the second electrode structure 1036, that is, the first The first opposing surface 1020 of the electrode 1012 and the second opposing surface 1050 of the second electrode 1046 move through opposing positions that are separated from each other in the vertical direction, and the workpiece 1902 is moved by the second electrode structure 1036. The top surface 1910 is scanned.

第1の電極構造体1004を搬送することに代えて、第2の電極構造体1036を搬送することにより、又は、第1の電極構造体1004及び第2の電極構造体1036を搬送することにより、第1の電極構造体1004に対して第2の電極構造体1036を相対移動させてもよい。これらの場合、第1の電極構造体1004に対する第2の電極構造体1036の相対移動方向は、第2の電極1040の第2の対向面1050の延在方向とは異なる方向であり、第2の電極1040の第2の対向面1050の延在方向とは90°異なる方向であることが望ましい。   Instead of transporting the first electrode structure 1004, by transporting the second electrode structure 1036, or by transporting the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036. The second electrode structure 1036 may be moved relative to the first electrode structure 1004. In these cases, the relative movement direction of the second electrode structure 1036 with respect to the first electrode structure 1004 is different from the extending direction of the second facing surface 1050 of the second electrode 1040, and the second It is desirable that the direction of the second facing surface 1050 of the electrode 1040 be 90 ° different from the extending direction.

また、第1の電極構造体1004の搬送方向は、第1の電極1012の第1の対向面1020と平行な方向である。これにより、第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極1046の第2の対向面1050との間隔が一定に維持され、ワーク1902が均一に処理される。   Further, the transport direction of the first electrode structure 1004 is a direction parallel to the first facing surface 1020 of the first electrode 1012. Thus, the distance between the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and the second facing surface 1050 of the second electrode 1046 is kept constant, and the workpiece 1902 is processed uniformly.

(処理ガス供給体1040)
図6は、処理ガス供給体1040の模式図である。図6は、処理ガス供給体1040の斜視図である。
(Processing gas supplier 1040)
FIG. 6 is a schematic diagram of the processing gas supply body 1040. FIG. 6 is a perspective view of the processing gas supply body 1040.

図6に示すように、処理ガス供給体1040は、略直方体の外形形状を有し、その内部には、処理ガスを滞留させるガス溜り1052と、上面1054からガス溜り1052へ処理ガスを導く流路1056と、ガス溜り1052から下面1058へ処理ガスを導く流路1060とが形成される。また、処理ガス供給体1040の内部には、ガス溜り1052に接してシャワー板1062が設置される。シャワー板1062には、直径が0.1〜1mmの貫通孔が1〜20mm間隔で規則的に形成される。シャワー板1062に代えて、貫通孔が多数形成された圧損部材、例えば、メッシュの積層体やセラミックスの多孔質体を採用してもよい。   As shown in FIG. 6, the processing gas supply body 1040 has a substantially rectangular parallelepiped outer shape, and a gas reservoir 1052 for retaining the processing gas and a flow for guiding the processing gas from the upper surface 1054 to the gas reservoir 1052 are contained therein. A channel 1056 and a channel 1060 for guiding the processing gas from the gas reservoir 1052 to the lower surface 1058 are formed. In addition, a shower plate 1062 is installed in the processing gas supply body 1040 in contact with the gas reservoir 1052. In the shower plate 1062, through holes having a diameter of 0.1 to 1 mm are regularly formed at intervals of 1 to 20 mm. Instead of the shower plate 1062, a pressure loss member having a large number of through holes, for example, a mesh laminate or a ceramic porous body may be employed.

処理ガス供給体1040は、処理ガスの供給源から供給された処理ガスに流路1056、ガス溜り1052、シャワー板1062及び流路1060を順次通過させて処理ガスの流れを均一化した上でスリット形状を有する吹き出し口1064から処理ガスを噴出する。これにより、第2の電極構造体1036の下方にある第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038、すなわち、第1の電極構造体1012に対する第2の電極構造体1046の相対位置が第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極1046の第2の対向面1050とが対向する対向位置にあるときの第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038に処理ガスが供給される。   The processing gas supply unit 1040 passes the processing gas supplied from the processing gas supply source through the flow path 1056, the gas reservoir 1052, the shower plate 1062, and the flow path 1060 in order, and makes the flow of the processing gas uniform. A processing gas is ejected from an outlet 1064 having a shape. Accordingly, the gap 1038 between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036 below the second electrode structure 1036, that is, the second electrode structure relative to the first electrode structure 1012. The first electrode structure 1004 and the second electrode 1046 when the relative position of 1046 is at the opposing position where the first opposing surface 1020 of the first electrode 1012 and the second opposing surface 1050 of the second electrode 1046 oppose each other. A processing gas is supplied to a gap 1038 between the electrode structure 1036 and the electrode structure 1036.

(距離調整体1042)
距離調整体1042は、ガラス、アルミナ等の剛性の高い絶縁材料からなる。距離調整体1042は、直方体形状を有する。距離調整体1042により、吹き出し口1064と間隙1038との距離が離れるので、処理ガスが間隙1038に到達するまでに処理ガスの流れが均一化し、ワーク1902の被処理領域1908が均一に処理される。
(Distance adjustment body 1042)
The distance adjuster 1042 is made of a highly rigid insulating material such as glass or alumina. The distance adjusting body 1042 has a rectangular parallelepiped shape. Since the distance between the outlet 1064 and the gap 1038 is increased by the distance adjusting body 1042, the flow of the processing gas is made uniform until the processing gas reaches the gap 1038, and the processing area 1908 of the workpiece 1902 is processed uniformly. .

(処理ガスの組成)
処理ガスは、窒素ガスを主成分とするガスであることが望ましく、窒素ガスのみからなるガス又は窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスであることが望ましい。窒素ガス及び酸素ガスからなる混合ガスを処理ガスとする場合、全体に占める酸素ガスの含有量が体積百分率で1−4%であることが望ましい。酸素ガスの含有量がこの範囲内であれば、処理の効率が向上するからである。リアクタ1008の内部の圧力は、大気圧近傍であればよい。
(Composition of processing gas)
The processing gas is desirably a gas mainly composed of nitrogen gas, and is desirably a gas composed of only nitrogen gas or a mixed gas composed of nitrogen gas and oxygen gas. When a mixed gas composed of nitrogen gas and oxygen gas is used as the processing gas, it is desirable that the content of oxygen gas in the whole is 1-4% by volume. This is because if the oxygen gas content is within this range, the efficiency of the treatment is improved. The pressure inside the reactor 1008 may be near atmospheric pressure.

(誘電体バリアの省略)
図4に示すリアクタ1008においては、第1の電極構造体1004及び第2の電極構造体1036の両方が誘電体バリアを備えているが、第1の電極構造体1004及び第2の電極構造体1036の片方のみが誘電体バリアを備えるようにしてもよい。
(Omit the dielectric barrier)
In the reactor 1008 shown in FIG. 4, both the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036 are provided with a dielectric barrier, but the first electrode structure 1004 and the second electrode structure are not provided. Only one of 1036 may be provided with a dielectric barrier.

(パルス電源1010の形式)
パルス電源1010は、アーク放電を発生させることなくストリーマ放電を発生させる電気パルスを第1の電極1012と第2の電極1046との間に印加する電源であれば特に制限されないが、誘導性素子に磁界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する誘導エネルギー蓄積型(IES;Inductive Energy Storage)の電源(以下では、「IES電源」という)であることが望ましい。これは、IES電源は、容量性素子に電界の形で蓄積したエネルギーを短時間で放出する静電エネルギー蓄積型(CES;Capacitive Energy Storage)の電源(以下では、「CES電源」という)と比較して、著しく大きいエネルギーをリアクタ1008に投入することができるからである。典型的には、電極構造が同じならば、IES電源を採用した場合、プラズマを生成する反応に使われる1パルスあたりのエネルギー(以下では、「1パルスエネルギー」という)は、CES電源を採用した場合よりも概ね1桁大きくなる。IES電源とCES電源とのこの相違は、IES電源が発生する電気パルスは電圧の上昇が急激であるのに対して、CES電源が発生する電気パルスは電圧の上昇が緩慢であることにより生じる。すなわち、IES電源を採用した場合、電圧が十分に上昇してから放電が始まり、1パルスエネルギーが十分に大きくなるのに対して、CES電源を採用した場合、電圧が十分に上昇しないうちに放電が始まり、1パルスエネルギーが十分に大きくならないことにより生じる。
(Form of pulse power supply 1010)
The pulse power source 1010 is not particularly limited as long as it is a power source that applies an electric pulse that generates a streamer discharge without generating an arc discharge between the first electrode 1012 and the second electrode 1046. An inductive energy storage (IES) power source (hereinafter referred to as “IES power source”) that releases energy stored in the form of a magnetic field in a short time is desirable. This is because the IES power supply is compared with a capacitive energy storage (CES) power supply (hereinafter referred to as “CES power supply”) that discharges energy stored in the form of an electric field in the capacitive element in a short time. This is because remarkably large energy can be input to the reactor 1008. Typically, when the electrode structure is the same, when an IES power supply is employed, the energy per pulse used for the reaction for generating plasma (hereinafter referred to as “one pulse energy”) is a CES power supply. Approximately one order of magnitude larger than the case. This difference between the IES power supply and the CES power supply is caused by the fact that the electric pulse generated by the IES power supply has a rapid increase in voltage, whereas the electric pulse generated by the CES power supply has a slow increase in voltage. That is, when the IES power supply is adopted, the discharge starts after the voltage is sufficiently increased, and one pulse energy becomes sufficiently large, whereas when the CES power supply is adopted, the discharge is performed before the voltage is sufficiently increased. This occurs when one pulse energy does not become sufficiently large.

図7〜図9は、IES電源が発生する電気パルス(以下では、「IESパルス」という)及びCES電源が発生する電気パルス(以下では「CESパルス」という)の概略の波形を示す図である。図7(a)及び図7(b)は、それぞれ、IESパルス及びCESパルスの電圧波形、図8(a)及び図8(b)は、それぞれ、IESパルス及びCESパルスの電流波形、図9(a)及び図9(b)は、それぞれ、IESパルス及びCESパルスの電圧と電流との積の波形を示す図である。   7 to 9 are diagrams showing schematic waveforms of an electric pulse generated by the IES power supply (hereinafter referred to as “IES pulse”) and an electric pulse generated by the CES power supply (hereinafter referred to as “CES pulse”). . 7A and 7B are voltage waveforms of the IES pulse and the CES pulse, respectively. FIGS. 8A and 8B are current waveforms of the IES pulse and the CES pulse, respectively. (A) and FIG.9 (b) are figures which show the waveform of the product of the voltage and electric current of an IES pulse and a CES pulse, respectively.

1パルスエネルギーは、図9に示す電圧と電流との積を時間で積分することにより算出される。図7及び図8に示すように、電流は、電圧の上昇とほぼ同期して正方向に流れ、電圧の下降とほぼ同期して負方向に流れるので、1パルスエネルギーは、図9における波形が正になる領域Aの面積から波形が負になる領域Bの面積を減じた面積に比例する。   One pulse energy is calculated by integrating the product of voltage and current shown in FIG. 9 with time. As shown in FIG. 7 and FIG. 8, the current flows in the positive direction almost synchronously with the voltage increase, and flows in the negative direction almost synchronously with the voltage decrease. It is proportional to the area obtained by subtracting the area of the region B where the waveform is negative from the area of the region A where the waveform is positive.

(スイッチング素子)
IES電源としては、誘導性素子への電流の供給を制御するスイッチング素子として静電誘導型サイリスタ(以下では、「SIサイリスタ」という)を用いた電源を採用することが望ましい。SIサイリスタをスイッチング素子として用いることにより、立ち上がりの速い電気パルスが発生するので、上述のストリーマ放電が容易に発生する。SIサイリスタをスイッチング素子として用いることにより立ち上がりの速い電気パルスが発生するのは、SIサイリスタは、ゲートが絶縁されておらずゲートからキャリアが高速に引き抜かれるので、高速にターンオフするからである。IES電源の動作原理等の詳細は、例えば、飯田克二、佐久間健:「SIサイリスタによる極短パルス発生回路(IES回路)」、SIデバイスシンポジウム講演論文集、Vol.15,Page.40−45(2002年6月14日発行)に記載されている。
(Switching element)
As the IES power supply, it is desirable to employ a power supply using an electrostatic induction thyristor (hereinafter referred to as “SI thyristor”) as a switching element for controlling the supply of current to the inductive element. By using the SI thyristor as a switching element, an electric pulse having a fast rise is generated, and thus the above-described streamer discharge is easily generated. The reason why an electric pulse with a fast rise is generated by using the SI thyristor as a switching element is that the SI thyristor is turned off at a high speed because the gate is not insulated and carriers are extracted from the gate at a high speed. For details on the operating principle of the IES power supply, see, for example, Katsuji Iida, Ken Sakuma: “Ultra-short pulse generation circuit using an SI thyristor (IES circuit)”, SI Device Symposium Proceedings, Vol. 15, Page. 40-45 (issued on June 14, 2002).

(IES電源1100)
図10は、パルス電源1010に好適に用いられる、SIサイリスタ1108をスイッチング素子として用いたIES電源1100の回路図である。もちろん、図10に示す回路図は一例にすぎず、必要に応じて変形される。
(IES power supply 1100)
FIG. 10 is a circuit diagram of an IES power supply 1100 that uses the SI thyristor 1108 as a switching element, which is preferably used for the pulse power supply 1010. Of course, the circuit diagram shown in FIG. 10 is merely an example, and may be modified as necessary.

図10に示すように、IES電源1100は、電気エネルギーを供給する直流電源1102と直流電源1102の放電能力を強化するキャパシタ1104とを備える。   As shown in FIG. 10, the IES power source 1100 includes a DC power source 1102 that supplies electric energy and a capacitor 1104 that enhances the discharge capability of the DC power source 1102.

直流電源1102の電圧は、IES電源1100が発生させる電気パルスのピーク電圧より著しく低い電圧であることが許容される。例えば、後述する昇圧トランス1106の1次側のピーク電圧が4kVに達しても、直流電源1102の電圧は数10〜数100Vで足りる。この電圧の下限は後述するSIサイリスタ1108のラッチング電圧によって決まる。IES電源1100は、このような低電圧の直流電源1102を電気エネルギー源として利用するので、小型、低コストに構築される。   The voltage of the DC power supply 1102 is allowed to be significantly lower than the peak voltage of the electric pulse generated by the IES power supply 1100. For example, even if the primary side peak voltage of the step-up transformer 1106 to be described later reaches 4 kV, the voltage of the DC power source 1102 may be several tens to several hundreds volts. The lower limit of this voltage is determined by the latching voltage of the SI thyristor 1108 described later. The IES power supply 1100 uses such a low-voltage DC power supply 1102 as an electrical energy source, and thus is constructed in a small size and at a low cost.

キャパシタ1104は、直流電源1102と並列に接続される。キャパシタ1104は、直流電源1102のインピーダンスを見かけ上低下させることにより直流電源1102の放電能力を強化する。   Capacitor 1104 is connected in parallel with DC power supply 1102. Capacitor 1104 enhances the discharge capability of DC power supply 1102 by apparently reducing the impedance of DC power supply 1102.

IES電源1100は、さらに、昇圧トランス1106、SIサイリスタ1108、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)1110、ゲート駆動回路1112及びダイオード1114を備える。   The IES power supply 1100 further includes a step-up transformer 1106, an SI thyristor 1108, a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 1110, a gate drive circuit 1112 and a diode 1114.

IES電源1100では、直流電源1102と、昇圧トランス1106の1次側と、SIサイリスタ1108のアノード(A)・カソード(K)間と、MOSFET1110のドレイン(D)・ソース(S)間とが直列接続される。すなわち、昇圧トランス1106の1次側の一端が直流電源1102の正極に、昇圧トランス1106の1次側の他端がSIサイリスタ1108のアノードに、SIサイリスタ1108のカソード(K)がMOSFET1110のドレイン(D)に、MOSFET1110のソース(S)が直流電源1102の負極に接続される。これにより、直流電源1102からこれらの回路素子に電流が供給される。また、IES電源1100では、SIサイリスタ1108のゲート(G)がダイオード1114を介して昇圧トランス1106の1次側の一端と並列接続される。すなわち、SIサイリスタ1108のゲート(G)がダイオード1114のアノード(A)に、ダイオード1114のカソード(K)が昇圧トランス1106の1次側の一端(直流電源1102の正極)に接続される。FETのゲート(G)・ソース(S)間には、ゲート駆動回路1112が接続される。   In the IES power source 1100, the DC power source 1102, the primary side of the step-up transformer 1106, the anode (A) and cathode (K) of the SI thyristor 1108, and the drain (D) and source (S) of the MOSFET 1110 are connected in series. Connected. That is, one end of the primary side of the step-up transformer 1106 is the positive electrode of the DC power supply 1102, the other end of the primary side of the step-up transformer 1106 is the anode of the SI thyristor 1108, and the cathode (K) of the SI thyristor 1108 is the drain of the MOSFET 1110 ( D), the source (S) of the MOSFET 1110 is connected to the negative electrode of the DC power supply 1102. As a result, a current is supplied from the DC power supply 1102 to these circuit elements. In the IES power supply 1100, the gate (G) of the SI thyristor 1108 is connected in parallel with one end on the primary side of the step-up transformer 1106 via the diode 1114. That is, the gate (G) of the SI thyristor 1108 is connected to the anode (A) of the diode 1114, and the cathode (K) of the diode 1114 is connected to one end on the primary side of the step-up transformer 1106 (positive electrode of the DC power supply 1102). A gate drive circuit 1112 is connected between the gate (G) and source (S) of the FET.

昇圧トランス1106は、1次側に与えられた電気パルスをさらに昇圧して2次側に出力する。昇圧トランス1106の1次側は自己インダクタンスを有する誘導性素子になっている。   The step-up transformer 1106 further boosts the electric pulse applied to the primary side and outputs it to the secondary side. The primary side of the step-up transformer 1106 is an inductive element having self-inductance.

昇圧トランス1106の2次側には負荷1116が接続される。すなわち、昇圧トランス1106の2次側の一の出力端は第1の電極1012に接続され、他の出力端は第2の電極1046に接続される。第1の電極1012は接地され、電気パルスが単極性である場合、第2の電極1136には正パルスが印加される。 A load 1116 is connected to the secondary side of the step-up transformer 1106. That is, one output terminal of the secondary side of the step-up transformer 1106 is connected to the first electrode 1012, and the other output terminal is connected to the second electrode 1046. When the first electrode 1012 is grounded and the electric pulse is unipolar, a positive pulse is applied to the second electrode 1136.

SIサイリスタ1108は、ゲート(G)に与えられる信号に応答してターンオン及びターンオフされる。   The SI thyristor 1108 is turned on and off in response to a signal applied to the gate (G).

MOSFET1110は、ゲート駆動回路1112から与えられる信号に応答してドレイン(D)・ソース(S)間の導通状態が変化するスイッチング素子である。MOSFET1110のオン電圧ないしはオン抵抗は低いことが望ましい。また、MOSFET1110の耐圧は直流電源1102の電圧より高いことを要する。   The MOSFET 1110 is a switching element in which the conduction state between the drain (D) and the source (S) changes in response to a signal given from the gate drive circuit 1112. It is desirable that the on-voltage or on-resistance of MOSFET 1110 be low. Further, the withstand voltage of the MOSFET 1110 needs to be higher than the voltage of the DC power supply 1102.

ダイオード1114は、SIサイリスタ1108のゲート(G)に正バイアスを与えた場合に流れる電流を阻止するため、すなわち、SIサイリスタ1108のゲート(G)に正バイアスを与えた場合にSIサイリスタ1108が電流駆動とならないようにするために設けられる。   The diode 1114 prevents the current that flows when a positive bias is applied to the gate (G) of the SI thyristor 1108, that is, when the SI thyristor 1108 applies a positive bias to the gate (G) of the SI thyristor 1108. It is provided to prevent driving.

(IES電源1100の動作の概略)
IES電源1100に電気パルスを発生させる場合、まず、ゲート駆動回路1112からMOSFET1110のゲートにオン信号を与え、MOSFET1110のドレイン(D)・ソース(S)間を導通状態にする。すると、SIサイリスタ1108はノーマリオン型のスイッチング素子であってSIサイリスタ1108のアノード(A)・カソード(K)間は導通状態となっているので、昇圧トランス1106の1次側に電流が流れる。この状態においては、SIサイリスタ1108のゲート(G)に正バイアスが与えられるので、SIサイリスタ1108のアノード(A)・カソード(K)間の導通状態は維持される。
(Outline of operation of IES power supply 1100)
When an electric pulse is generated in the IES power supply 1100, first, an ON signal is given from the gate drive circuit 1112 to the gate of the MOSFET 1110, and the drain (D) and source (S) of the MOSFET 1110 are brought into conduction. Then, the SI thyristor 1108 is a normally-on type switching element, and the anode (A) and the cathode (K) of the SI thyristor 1108 are in a conductive state, so that a current flows to the primary side of the step-up transformer 1106. In this state, since a positive bias is applied to the gate (G) of the SI thyristor 1108, the conduction state between the anode (A) and the cathode (K) of the SI thyristor 1108 is maintained.

続いて、ゲート駆動回路1112からMOSFET1110へオン信号を与えることを中止し、MOSFET1110のドレイン(D)・ソース(S)間を非導通状態にする。すると、SIサイリスタ1108のゲート(G)からキャリアが電流駆動により高速に排出されSIサイリスタ1108のアノード(A)・カソード(K)間が非導通状態となるので、昇圧トランス1106の1次側への電流の流入が高速に停止される。これにより、昇圧トランス1106の1次側には誘導起電力が発生し、昇圧トランス1106の2次側に高圧が発生する。   Subsequently, the application of the ON signal from the gate drive circuit 1112 to the MOSFET 1110 is stopped, and the drain (D) and the source (S) of the MOSFET 1110 are turned off. Then, carriers are discharged from the gate (G) of the SI thyristor 1108 at a high speed by current driving, and the anode (A) and cathode (K) of the SI thyristor 1108 are in a non-conductive state. Current flow is stopped at high speed. As a result, an induced electromotive force is generated on the primary side of the step-up transformer 1106, and a high voltage is generated on the secondary side of the step-up transformer 1106.

(処理の原理)
プラズマ処理装置1002は、第1の電極1012と第2の電極1038との間への立ち上がりの速い電気パルスの繰り返しの印加により第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038にストリーマ放電を発生させる。
(Principle of processing)
The plasma processing apparatus 1002 allows the gap between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036 to be repeatedly applied between the first electrode 1012 and the second electrode 1038 by repeatedly applying electric pulses that rise quickly. A streamer discharge is generated at 1038.

ストリーマ放電を発生させることによりワーク1902の上面1904が処理されるのは、主に、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線がワーク1902の上面1904に複合的に作用することによる。ストリーマ放電の状態等によっては、パルス電界、窒素ラジカル及び短波長紫外線の3個の要素のうちの1個又は2個の要素のみが処理に支配的に寄与する場合もありうる。   The reason why the upper surface 1904 of the workpiece 1902 is processed by generating the streamer discharge is mainly that the pulse electric field, nitrogen radicals, and short-wavelength ultraviolet rays act on the upper surface 1904 of the workpiece 1902 in a composite manner. Depending on the state of the streamer discharge, etc., only one or two of the three elements of the pulsed electric field, nitrogen radical, and short wavelength ultraviolet light may be dominant in the process.

(窒素ラジカルの作用)
ストリーマ放電を間隙1038に発生させると、活性が極めて高い窒素ラジカルを含むプラズマが間隙1038に生成する。したがって、ストリーマ放電を発生させると、窒素ラジカルが表面層1912に化学的に作用し、表面層1912が処理される。
(Action of nitrogen radical)
When streamer discharge is generated in the gap 1038, plasma containing nitrogen radicals with extremely high activity is generated in the gap 1038. Therefore, when streamer discharge is generated, nitrogen radicals chemically act on the surface layer 1912 and the surface layer 1912 is processed.

処理に利用する化学種として窒素ラジカルを選択した理由、すなわち、窒素ガスを主成分とする処理ガス中でプラズマを生成させた理由は、窒素ラジカルの活性が極めて高いことによる。このことは、窒素分子の解離エネルギーが9.76eVと極めて高いことからも明らかである。また、3重項窒素(3Σu)のラジカルの寿命が10ミリ秒に達することも、効率的な改質に寄与している。 The reason why nitrogen radicals are selected as the chemical species used for processing, that is, the reason why plasma is generated in a processing gas containing nitrogen gas as a main component is that the activity of nitrogen radicals is extremely high. This is clear from the fact that the dissociation energy of the nitrogen molecule is very high at 9.76 eV. The lifetime of the triplet nitrogen ( 3 Σ u ) radical reaches 10 milliseconds, which contributes to efficient reforming.

加えて、窒素ガスは、低価格で容易に入手することができ取り扱いも容易であることも、処理に利用する活性種として窒素ラジカルを選択した理由のひとつとなっている。   In addition, the fact that nitrogen gas can be easily obtained at a low price and is easy to handle is one of the reasons for selecting nitrogen radicals as the active species used in the treatment.

(短波長紫外線の作用)
ストリーマ放電を間隙1038に発生させると、ストリーマ放電に起因して処理ガスが短波長紫外線を発する。したがって、ストリーマ放電を発生させると、短波長紫外線が表面層1912に光化学的に作用し、表面層1912が処理される。
(Action of short wavelength ultraviolet rays)
When streamer discharge is generated in the gap 1038, the processing gas emits short wavelength ultraviolet rays due to streamer discharge. Therefore, when streamer discharge is generated, short wavelength ultraviolet rays are photochemically acted on the surface layer 1912 and the surface layer 1912 is processed.

「短波長紫外線」とは、100〜280nmの波長成分を主に含む紫外線であって、「遠赤外線」又は「UV−C」とも呼ばれる。短波長紫外線を作用させるのは、短波長紫外線は、ワーク1902の奥深くまで浸透しないので、極めて薄い表面層1912のみに集中して光化学的な作用を与えるからである。   “Short wavelength ultraviolet rays” are ultraviolet rays mainly containing a wavelength component of 100 to 280 nm, and are also called “far infrared rays” or “UV-C”. The reason why short-wavelength ultraviolet rays are applied is that short-wavelength ultraviolet rays do not penetrate deep into the workpiece 1902, so that they are concentrated only on the extremely thin surface layer 1912 to give a photochemical action.

(ストリーマ放電)
図11は、第1の電極1012を陰極、第2の電極1046を陽極として第1の電極1012と第2の電極1046との間に電気パルスを印加したときに間隙1038に発生するストリーマ放電の状態を示す模式図である。ストリーマ放電を発生させる電気パルスは、ピーク電圧が概ね10〜100kV、半値幅FWHM(Full Width at Half Maximum)が概ね100〜50000ns、立ち上がり時の電圧の時間上昇率dV/dtが概ね1〜500kV/μs、周波数が概ね1〜50kHzの電気パルスである。電気パルスは、極性が変化しない単極性の電気パルスであるが、極性が交互に変化する両極性の電気パルスであってもよい。
(Streamer discharge)
FIG. 11 shows streamer discharge generated in the gap 1038 when an electric pulse is applied between the first electrode 1012 and the second electrode 1046 using the first electrode 1012 as a cathode and the second electrode 1046 as an anode. It is a schematic diagram which shows a state. The electric pulse for generating the streamer discharge has a peak voltage of approximately 10 to 100 kV, a full width at half maximum (FWHM) of approximately 100 to 50000 ns, and a time rise rate dV / dt of the rising voltage of approximately 1 to 500 kV / It is an electric pulse with μs and a frequency of approximately 1 to 50 kHz. The electric pulse is a unipolar electric pulse whose polarity does not change, but may be a bipolar electric pulse whose polarity changes alternately.

ストリーマ放電が間隙1038に発生しているときには、図11に示すように、第2の電極構造体1036から第1の電極構造体1004へ向かうが第1の電極構造体1004には達しないストリーマ1930が成長しており、第2の電極構造体1036の下面から第1の電極構造体1004の上面に向かって末広がりになる薄紫色の発光が観察される。ストリーマ1930が「第1の電極構造体1004には達しない」とは、アーク放電の発生に至る前に電気パルスの印加を停止することを意味している。   When the streamer discharge is generated in the gap 1038, as shown in FIG. 11, the streamer 1930 is directed from the second electrode structure 1036 to the first electrode structure 1004 but does not reach the first electrode structure 1004. And light purple light emission that spreads from the lower surface of the second electrode structure 1036 toward the upper surface of the first electrode structure 1004 is observed. “The streamer 1930 does not reach the first electrode structure 1004” means that the application of the electric pulse is stopped before the occurrence of the arc discharge.

また、図12に示すような枝分かれした長いストリーマ1930が成長する前に電気パルスの印加を停止することも望ましい。すなわち、第1の電極1012と第2の電極1046との間に半値幅FWHMが概ね100〜50000nsの電気パルスを印加し、図12に示すように短いストリーマ196が散点するストリーマ放電を間隙1038に発生させることも望ましい。ストリーマの成長の初期状態で電気パルスの印加を停止した微細なストリーマ放電は、放電の均一性に優れているので、微細なストリーマ放電を発生させると、ワーク1902の被処理領域1910が均一に処理され、不均一な放電による局所的なワーク1902の損傷が抑制される。   It is also desirable to stop applying the electric pulse before the long branched streamer 1930 as shown in FIG. 12 grows. That is, an electric pulse having a full width at half maximum FWHM of 100 to 50000 ns is applied between the first electrode 1012 and the second electrode 1046, and streamer discharge in which short streamers 196 are scattered as shown in FIG. It is also desirable to generate it. The fine streamer discharge in which the application of the electric pulse is stopped in the initial stage of the streamer growth is excellent in the uniformity of the discharge. Therefore, when the fine streamer discharge is generated, the processing region 1910 of the work 1902 is uniformly processed. Thus, local damage of the workpiece 1902 due to non-uniform discharge is suppressed.

上述の説明において半値幅等の範囲を「概ね」としているのは、第1の電極構造体1004及び第2の電極構造体1036の構造及び材質、間隙1038の間隔、処理ガスの圧力等のプラズマ処理装置1002の具体的な構成によっては、ストリーマ放電が発生する半値幅等の範囲が上述の範囲よりも広くなる場合があるからである。したがって、放電がストリーマ放電になっているか否かは、実際の放電を観察して判断することが望ましい。   In the above description, the range of the half-value width or the like is “substantially” because the structure and material of the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036, the interval of the gap 1038, the pressure of the processing gas, etc. This is because, depending on the specific configuration of the processing apparatus 1002, a range such as a half width at which streamer discharge occurs may be wider than the above range. Therefore, it is desirable to determine whether or not the discharge is a streamer discharge by observing the actual discharge.

(2.第2実施形態)
第2実施形態は、第1実施形態のプラズマ処理装置1002に望ましくは付加される出力調整機構2300に関する。第2実施形態の出力調整機構2300は、第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極1048の第2の対向面1050との対向面積Sが広くなるほどパルス電源1010の出力PWを増加させる。これにより、第2の電極構造体1036でワーク1902の上面1904を走査するときに、第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極1048の第2の対向面1050とが対向する領域の単位面積あたりのパルス電源1010の出力PW/Sの変動が減少し、ワーク1902の被処理領域1910が均一に処理される。
(2. Second Embodiment)
The second embodiment relates to an output adjustment mechanism 2300 that is desirably added to the plasma processing apparatus 1002 of the first embodiment. In the output adjustment mechanism 2300 of the second embodiment, the output PW of the pulse power source 1010 increases as the facing area S between the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and the second facing surface 1050 of the second electrode 1048 increases. Increase. Accordingly, when the second electrode structure 1036 scans the upper surface 1904 of the work 1902, the first opposing surface 1020 of the first electrode 1012 and the second opposing surface 1050 of the second electrode 1048 are opposed to each other. The fluctuation of the output PW / S of the pulse power supply 1010 per unit area of the area to be reduced is reduced, and the processing target area 1910 of the work 1902 is processed uniformly.

図13は、第2実施形態の出力調整機構2300のブロック図である。   FIG. 13 is a block diagram of the output adjustment mechanism 2300 of the second embodiment.

図13に示すように、出力調整機構2300は、第1の電極構造体1004に対する第2の電極構造体1036の相対位置PSを検出する相対位置検出器2302と、相対位置PSと対向面積Sとの関係を特定する情報を記憶する記憶装置2304と、パルス電源1010の出力PWを制御する制御部2306とを備える。   As shown in FIG. 13, the output adjustment mechanism 2300 includes a relative position detector 2302 that detects the relative position PS of the second electrode structure 1036 with respect to the first electrode structure 1004, the relative position PS, and the facing area S. A storage device 2304 that stores information for specifying the relationship between the two, and a control unit 2306 that controls the output PW of the pulse power supply 1010.

相対位置検出器2302は、第1の電極構造体1004そのもの又は第1の電極構造体1004が載置されるキャリアの位置をエンコーダ、ポテンショメータ等で測定することにより相対位置PSを検出する。もちろん、第2の電極構造体1036を搬送する場合は、相対位置検出器2302は第2の電極構造体1036の位置を測定する。搬送機構1006の動力源をステッピングモータとしステッピングモータへ与える駆動パルスを計数することにより相対位置PSを検出してもよい。搬送機構1006が搬送を開始してからの経過時間を測定することにより相対位置PSを検出してもよい。   The relative position detector 2302 detects the relative position PS by measuring the position of the first electrode structure 1004 itself or the carrier on which the first electrode structure 1004 is mounted with an encoder, a potentiometer, or the like. Of course, when the second electrode structure 1036 is transported, the relative position detector 2302 measures the position of the second electrode structure 1036. The relative position PS may be detected by counting the driving pulses applied to the stepping motor using the power source of the transport mechanism 1006 as a stepping motor. The relative position PS may be detected by measuring an elapsed time after the transport mechanism 1006 starts transport.

記憶装置2304は、半導体メモリ、ディスクドライブ等である。相対位置PSと対向面積Sとの関係を特定する情報は、例えば、相対位置PSと対向面積Sとの対応を記述したテーブルとして記憶装置2304にあらかじめ記憶される。   The storage device 2304 is a semiconductor memory, a disk drive, or the like. Information for specifying the relationship between the relative position PS and the facing area S is stored in advance in the storage device 2304 as a table describing the correspondence between the relative position PS and the facing area S, for example.

制御部2306は、相対位置検出器2302の検出結果を取得するとともに相対位置PSと対向面積Sとの関係を特定する情報を記憶装置2304から読み出し対向面積Sが広くなるほどパルス電源1010の出力PWが増加するようにパルス電源1010を制御する。パルス電源1010にIES電源1100を採用した場合、ゲート駆動回路1112がMOSFET1110へ与えるオン信号の長さを調整することにより、昇圧トランス1106に蓄積されるエネルギーの大きさが調整され、パルス電源1010の出力が調整される。   The control unit 2306 acquires the detection result of the relative position detector 2302 and reads information specifying the relationship between the relative position PS and the facing area S from the storage device 2304, and the output PW of the pulse power source 1010 increases as the facing area S increases. The pulse power supply 1010 is controlled to increase. When the IES power supply 1100 is used as the pulse power supply 1010, the amount of energy stored in the step-up transformer 1106 is adjusted by adjusting the length of the ON signal that the gate drive circuit 1112 gives to the MOSFET 1110. The output is adjusted.

制御部2306の当該機能は、組み込みコンピュータに制御プログラムを実行させることにより実現される。当該機能の一部又は全部を専用のハードウエアによって実現してもよい。   The function of the control unit 2306 is realized by causing an embedded computer to execute a control program. Part or all of the functions may be realized by dedicated hardware.

(3.第3実施形態)
第3実施形態は、第2実施形態の出力調整機構2300に代えて採用される出力調整機構3300に関する。
(3. Third embodiment)
The third embodiment relates to an output adjustment mechanism 3300 that is employed instead of the output adjustment mechanism 2300 of the second embodiment.

図14は、第3実施形態の出力調整機構3300のブロック図である。   FIG. 14 is a block diagram of an output adjustment mechanism 3300 according to the third embodiment.

図14に示すように、出力調整機構3300は、電気パルスのピーク電圧を検出するピーク電圧検出器3310と、パルス電源1010の出力PWを制御する制御部3312とを備える。   As shown in FIG. 14, the output adjustment mechanism 3300 includes a peak voltage detector 3310 that detects a peak voltage of an electric pulse and a control unit 3312 that controls an output PW of the pulse power supply 1010.

ピーク電圧検出器3310の入力は、第1の電極1012及び第2の電極1046に接続され、ピーク電圧検出器3310の出力からは、電気パルスのピーク電圧に応じた信号が出力される。ピーク電圧検出器3310は、第1の電極1012と第2の電極1046との間に印加される電気パルスのピーク電圧を検出する。   The input of the peak voltage detector 3310 is connected to the first electrode 1012 and the second electrode 1046, and a signal corresponding to the peak voltage of the electric pulse is output from the output of the peak voltage detector 3310. The peak voltage detector 3310 detects the peak voltage of the electric pulse applied between the first electrode 1012 and the second electrode 1046.

図15は、ピーク電圧検出器3310として採用されるピークホールド回路3314の回路図である。   FIG. 15 is a circuit diagram of a peak hold circuit 3314 employed as the peak voltage detector 3310.

ピークホールド回路3314においては、電圧保持用のキャパシタ3316と放電用の抵抗3318との並列接続体の一端が逆流防止用のダイオード3320を介して入力3324の一端に接続され、並列接続体の他端が入力3324の他端に接続される。また、並列接続体の一端が出力3326の一端に接続され、並列接続体の他端が出力3326の他端に接続される。ダイオード3320のアノードは入力3324の一端に接続され、ダイオード3320のカソードは並列接続体の一端に接続される。キャパシタ3315の容量値及び抵抗3318の抵抗値は、並列接続体の時定数が電気パルスの周期の数倍〜数100倍となるように決定される。図15に示すピークホールド回路3314に代えて、オペアンプ等を含むより複雑なピークホールド回路も採用される。   In the peak hold circuit 3314, one end of a parallel connection body of a voltage holding capacitor 3316 and a discharge resistor 3318 is connected to one end of an input 3324 via a backflow prevention diode 3320, and the other end of the parallel connection body. Is connected to the other end of the input 3324. In addition, one end of the parallel connection body is connected to one end of the output 3326, and the other end of the parallel connection body is connected to the other end of the output 3326. The anode of the diode 3320 is connected to one end of the input 3324, and the cathode of the diode 3320 is connected to one end of the parallel connection body. The capacitance value of the capacitor 3315 and the resistance value of the resistor 3318 are determined such that the time constant of the parallel connection body is several times to several hundred times the period of the electric pulse. Instead of the peak hold circuit 3314 shown in FIG. 15, a more complicated peak hold circuit including an operational amplifier or the like is also employed.

制御部3312は、ピーク電圧検出器3310の検出結果を取得し対向面積Sが広くなるほどパルス電源1010の出力PWが増加するようにパルス電源1010を制御する。制御部2306は、対向面積Sが広くなるほど第1の電極1012と第2の電極1046との間の静電容量が増加して電気パルスのピーク電圧が低くなることを利用して、ピーク電圧検出器3310により検出されたピーク電圧が低くなるほどパルス電源1010の出力PWを増加させる。パルス電源1010にIES電源1100を採用した場合、ゲート駆動回路1112がMOSFET1110に与えるオン信号の長さを調整することにより、昇圧トランス1106に蓄積されるエネルギーの大きさが調整され、パルス電源1010の出力PWが調整される。   The control unit 3312 acquires the detection result of the peak voltage detector 3310 and controls the pulse power supply 1010 so that the output PW of the pulse power supply 1010 increases as the facing area S increases. The control unit 2306 detects the peak voltage by utilizing the fact that the capacitance between the first electrode 1012 and the second electrode 1046 increases and the peak voltage of the electric pulse decreases as the facing area S increases. The output PW of the pulse power source 1010 increases as the peak voltage detected by the device 3310 decreases. When the IES power source 1100 is used as the pulse power source 1010, the amount of energy stored in the step-up transformer 1106 is adjusted by adjusting the length of the ON signal that the gate drive circuit 1112 gives to the MOSFET 1110. The output PW is adjusted.

図16は、制御部3312として採用される電圧比較回路3328の回路図である。電圧比較回路3328においては、コンパレータ3330の非反転入力が入力3332の一端に接続され、反転入力が定電圧源3334を介して入力3332の他端及び出力3336の他端に接続される。コンパレータ3330の出力は出力3336の一端に接続される。   FIG. 16 is a circuit diagram of a voltage comparison circuit 3328 employed as the control unit 3312. In the voltage comparison circuit 3328, the non-inverting input of the comparator 3330 is connected to one end of the input 3332, and the inverting input is connected to the other end of the input 3332 and the other end of the output 3336 via the constant voltage source 3334. The output of the comparator 3330 is connected to one end of the output 3336.

これにより、制御部3312は、ピーク電圧が定電圧源3334の電圧を下回ると正信号を出力し、ピーク電圧が定電圧源3334の電圧を下回ると負信号を出力する。ゲート駆動回路1112は、正信号が入力された場合よりも負信号が入力された場合の方がパルス電源1010の出力PWが増加するようにMOSFET1110に与えるオン信号の長さを長くする。   Accordingly, the control unit 3312 outputs a positive signal when the peak voltage falls below the voltage of the constant voltage source 3334, and outputs a negative signal when the peak voltage falls below the voltage of the constant voltage source 3334. The gate drive circuit 1112 increases the length of the ON signal supplied to the MOSFET 1110 so that the output PW of the pulse power supply 1010 increases when a negative signal is input, compared to when a positive signal is input.

なお、コンパレータの数を2個以上に増やしてパルス電源1010の出力PWを多段階に切り替えてもよい。また、ピーク電圧検出器3310の出力をA/Dコンバータでデジタル信号に変換してから制御プログラムを実行する組み込みコンピュータに与え、より詳細な制御を行ってもよい。   Note that the number of comparators may be increased to two or more, and the output PW of the pulse power supply 1010 may be switched in multiple stages. Further, the output of the peak voltage detector 3310 may be converted into a digital signal by an A / D converter and then applied to an embedded computer that executes a control program, and more detailed control may be performed.

(4.第4実施形態)
第4実施形態は、第2実施形態の出力調整機構2300に代えて採用される出力調整機構4300に関する。
(4. Fourth embodiment)
The fourth embodiment relates to an output adjustment mechanism 4300 employed in place of the output adjustment mechanism 2300 of the second embodiment.

図17は、第4実施形態の出力調整機構4300のブロック図である。   FIG. 17 is a block diagram of an output adjustment mechanism 4300 according to the fourth embodiment.

図17に示すように、出力調整機構4300は、第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038から放射されるプラズマ光を検出する光検出器4342と、パルス電源1010の出力PWを制御する制御部4344とを備える。   As shown in FIG. 17, the output adjustment mechanism 4300 includes a photodetector 4342 that detects plasma light emitted from a gap 1038 between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036, and a pulse power supply 1010. And a control unit 4344 for controlling the output PW.

光検出器4342の検出部は、第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1038との間隙1038に向けられ、第1の電極構造体1004と第2の電極構造体1036との間隙1038から放射されるプラズマ光を受光して当該プラズマ光に応じた信号を出力する。   The detection portion of the photodetector 4342 is directed to the gap 1038 between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1038, and the gap between the first electrode structure 1004 and the second electrode structure 1036. The plasma light emitted from 1038 is received and a signal corresponding to the plasma light is output.

光検出器4342は、第2の電極1046の第2の対向面1050の延在方向に複数の光センサを配列し、当該延在方向の各位置から放射されたプラズマ光が複数の光センサの各々で検出されるように構成される。これにより、プラズマ光の強度だけでなく、当該延在方向のプラズマ光の広がりも検出される。光センサにフォトダイオード、フォトマルチプライヤー等の光電変換素子及び硫化カドミウムセル等の光依存性抵抗素子等がある。   The photodetector 4342 arranges a plurality of photosensors in the extending direction of the second facing surface 1050 of the second electrode 1046, and the plasma light emitted from each position in the extending direction is a plurality of photosensors. Each is configured to be detected. Thereby, not only the intensity of the plasma light but also the spread of the plasma light in the extending direction is detected. Photosensors include photoelectric conversion elements such as photodiodes and photomultipliers, and light-dependent resistance elements such as cadmium sulfide cells.

光検出器4342によるプラズマ光の検出の効率を向上するため、プラズマ光を集光する光学系を付加することも望ましい。   In order to improve the efficiency of detection of plasma light by the photodetector 4342, it is also desirable to add an optical system for condensing the plasma light.

制御部4344は、光検出器4342の検出結果を取得し対向面積Sが広くなるほどパルス電源1010の出力PWが増加するようにパルス電源1010を制御する。制御部4344は、対向面積Sが広くなるほどプラズマ光の強度が強くなりプラズマ光の広がりが広くなることを利用して、プラズマ光の強度が強くなるほどパルス電源1010の出力を増加させ、プラズマ光の広がりが広くなるほどパルス電源1010の出力を増加させる。パルス電源1010にIES電源1100を採用した場合、ゲート駆動回路1112がMOSFET1110へ与えるオン信号の長さを調整することにより、昇圧トランス1106に蓄積されるエネルギーの大きさが調整され、パルス電源1010の出力が調整される。   The control unit 4344 acquires the detection result of the photodetector 4342 and controls the pulse power supply 1010 so that the output PW of the pulse power supply 1010 increases as the facing area S increases. The control unit 4344 uses the fact that the intensity of the plasma light is increased and the spread of the plasma light is increased as the facing area S is increased, and the output of the pulse power source 1010 is increased as the intensity of the plasma light is increased. As the spread becomes wider, the output of the pulse power supply 1010 is increased. When the IES power supply 1100 is used as the pulse power supply 1010, the amount of energy stored in the step-up transformer 1106 is adjusted by adjusting the length of the ON signal that the gate drive circuit 1112 gives to the MOSFET 1110. The output is adjusted.

制御部4344の当該機能は、組み込みコンピュータに制御プログラムを実行させることにより実現される。当該機能の一部又は全部を専用のハードウエアによって実現してもよい。   The function of the control unit 4344 is realized by causing an embedded computer to execute a control program. Part or all of the functions may be realized by dedicated hardware.

(5.第5実施形態)
第5実施形態は、第1実施形態の第2の電極構造体1036に代えて採用される第2の電極構造体5036に関する。
(5. Fifth embodiment)
The fifth embodiment relates to a second electrode structure 5036 employed in place of the second electrode structure 1036 of the first embodiment.

図18は、第5実施形態の第2の電極構造体5036の模式図である。図18は、第2の電極構造体5036の斜視図である。   FIG. 18 is a schematic diagram of the second electrode structure 5036 of the fifth embodiment. FIG. 18 is a perspective view of the second electrode structure 5036.

図18に示すように、板形状を有する第2の電極1046を鞘形状を有する第2の誘電体バリア1048で覆う第2の電極構造体1036に代えて、丸棒形状又は丸パイプ形状を有する第2の電極5046を丸パイプ形状を有する第2の誘電体バリア5048で覆う第2の電極構造体5036を採用してもよい。第2の電極構造体5036においても、第2の電極5046の第2の対向面(円筒外面の下側半分)5050は、第1の電極1012の第1の対向面1020と平行な方向に延在する線状の細長面となるこれにより、第1の電極1012の第1の対向面1020と第2の電極5046の第2の対向面5050との対向面積が狭くなるので、放電の均一性が向上し、ワーク1902の被処理領域1908が均一に処理される。   As shown in FIG. 18, instead of the second electrode structure 1036 covering the second electrode 1046 having a plate shape with a second dielectric barrier 1048 having a sheath shape, it has a round bar shape or a round pipe shape. A second electrode structure 5036 that covers the second electrode 5046 with a second dielectric barrier 5048 having a round pipe shape may be employed. Also in the second electrode structure 5036, the second facing surface (lower half of the cylindrical outer surface) 5050 of the second electrode 5046 extends in a direction parallel to the first facing surface 1020 of the first electrode 1012. As a result of the existing linear elongated surface, the facing area between the first facing surface 1020 of the first electrode 1012 and the second facing surface 5050 of the second electrode 5046 is reduced, so that the discharge uniformity And the processed area 1908 of the workpiece 1902 is processed uniformly.

(6.第6実施形態)
第6実施形態は、第1実施形態の第1の電極構造体1004に代えて採用される第1の電極構造体6004に関する。
(6. Sixth embodiment)
The sixth embodiment relates to a first electrode structure 6004 employed in place of the first electrode structure 1004 of the first embodiment.

図19は、第6実施形態の第1の電極構造体6004の模式図である。図19は、第1の電極構造体6004の斜視図である。   FIG. 19 is a schematic diagram of the first electrode structure 6004 of the sixth embodiment. FIG. 19 is a perspective view of the first electrode structure 6004.

図19に示すように、第6実施形態の第1の電極構造体6004は、第1実施形態の第1の電極構造体1004の支持面に突起6006を付加した構造を有する。突起6006は、第1の電極6012の第1の対向面6020の平面位置とワーク1902の被処理領域1908の平面位置とを合わせたときにワーク1902の端面が当たる位置に形成される。これにより、ワーク1902の位置決めが容易になる。   As shown in FIG. 19, the first electrode structure 6004 of the sixth embodiment has a structure in which a protrusion 6006 is added to the support surface of the first electrode structure 1004 of the first embodiment. The protrusion 6006 is formed at a position where the end surface of the workpiece 1902 hits when the planar position of the first facing surface 6020 of the first electrode 6012 and the planar position of the processing target region 1908 of the workpiece 1902 are matched. Thereby, positioning of the workpiece 1902 is facilitated.

(7.第7実施形態)
第7実施形態は、第1実施形態の第1の電極構造体1004に代えて採用される第1の電極構造体7004に関する。
(7. Seventh embodiment)
The seventh embodiment relates to a first electrode structure 7004 employed in place of the first electrode structure 1004 of the first embodiment.

図20は、第7実施形態の第1の電極構造体7004の模式図である。図20は、第1の電極構造体7004の斜視図である。   FIG. 20 is a schematic diagram of the first electrode structure 7004 of the seventh embodiment. FIG. 20 is a perspective view of the first electrode structure 7004.

図20に示すように、第7実施形態の第1の電極構造体7004は、第1実施形態の第1の電極構造体1004の支持面にワーク1902を収容する収容溝7008を形成した構造を有する。収容溝7008の平面形状は、ワーク1902の平面形状と略同一である。収容溝7008が形成される位置は、ワーク1902が収容溝7008に収容されたときに第1の電極7012の第1の対向面7020の平面位置とワーク1902の被処理領域1908の平面位置とが合う位置である。収容溝の開口側の端部は、トリミングされていることが望ましい。これにより、ワーク1902を載置する位置が若干ずれてもワーク1902が収容溝7004に収容される。   As shown in FIG. 20, the first electrode structure 7004 of the seventh embodiment has a structure in which an accommodation groove 7008 for accommodating a work 1902 is formed on the support surface of the first electrode structure 1004 of the first embodiment. Have. The planar shape of the accommodation groove 7008 is substantially the same as the planar shape of the workpiece 1902. The position where the accommodation groove 7008 is formed is that the planar position of the first facing surface 7020 of the first electrode 7012 and the planar position of the processing target area 1908 of the workpiece 1902 when the workpiece 1902 is accommodated in the accommodation groove 7008. It is a good position. It is desirable that the end of the receiving groove on the opening side is trimmed. Thereby, even if the position where the workpiece 1902 is placed is slightly shifted, the workpiece 1902 is accommodated in the accommodation groove 7004.

(8.その他)
この発明は詳細に説明されたが、上記の説明はすべての局面において例示であって、この発明は上記の説明に限定されない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定されうる。特に、各実施形態において説明した事項を組み合わせることは当然に予定されている。
(8. Others)
Although the present invention has been described in detail, the above description is illustrative in all aspects, and the present invention is not limited to the above description. Innumerable variations not illustrated may be envisaged without departing from the scope of the present invention. In particular, it is naturally planned to combine the items described in each embodiment.

1002 プラズマ処理装置
1004 第1の電極構造体
1010 パルス電源
1012 第1の電極
1020 第1の対向面
1006 搬送機構
1036 第2の電極構造体
1050 第2の対向面
1040 処理ガス供給体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1002 Plasma processing apparatus 1004 1st electrode structure 1010 Pulse power supply 1012 1st electrode 1020 1st opposing surface 1006 Transfer mechanism 1036 2nd electrode structure 1050 2nd opposing surface 1040 Processing gas supply body

Claims (8)

プラズマ処理装置であって、
被処理物の表面の被処理領域の平面形状に応じた平面形状を有する第1の対向面を持つ第1の電極を備え被処理物を支持する支持面を持つ第1の電極構造体と、
線状の第2の対向面を持つ第2の電極を備える第2の電極構造体と、
一の出力端が前記第1の電極に接続され他の出力端が前記第2の電極に接続された電源と、
前記第1の対向面と前記第2の対向面とが対向する対向位置を経由して前記第2の対向面が延在する方向とは異なる方向へ前記第1の電極構造体に対して前記第2の電極構造体を相対移動させる搬送機構と、
前記第1の電極構造体に対する前記第2の電極構造体の相対位置が前記対向位置にあるときの前記第1の電極構造体と前記第2の電極構造体との間隙に処理ガスを供給する処理ガス供給機構と、
を備えるプラズマ処理装置。
A plasma processing apparatus,
A first electrode structure having a first electrode having a first opposing surface having a planar shape corresponding to a planar shape of a region to be treated on the surface of the workpiece, and having a support surface for supporting the workpiece;
A second electrode structure comprising a second electrode having a linear second opposing surface;
A power source having one output terminal connected to the first electrode and the other output terminal connected to the second electrode;
The first electrode structure with respect to the first electrode structure in a direction different from a direction in which the second facing surface extends via a facing position where the first facing surface and the second facing surface face each other. A transport mechanism for relatively moving the second electrode structure;
A processing gas is supplied to the gap between the first electrode structure and the second electrode structure when the relative position of the second electrode structure with respect to the first electrode structure is in the facing position. A processing gas supply mechanism;
A plasma processing apparatus comprising:
請求項1のプラズマ処理装置において、
前記第1の対向面と前記第2の対向面との対向面積が広くなるほど前記電源の出力を増加させる出力調整機構、
をさらに備えるプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1.
An output adjustment mechanism that increases the output of the power source as the facing area between the first facing surface and the second facing surface increases;
A plasma processing apparatus further comprising:
請求項2のプラズマ処理装置において、
前記出力調整機構は、
前記第1の電極構造体に対する前記第2の電極構造体の相対位置を検出する相対位置検出器と、
前記第1の電極構造体に対する前記第2の電極構造体の相対位置と前記第1の対向面と前記第2の対向面との対向面積との関係を特定する情報を記憶する記憶装置と、
前記相対位置検出器の検出結果を取得し前記記憶装置から相対位置と対向面積との関係を特定する情報を読み出し前記電源の出力を制御する制御部と、
を備えるプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The output adjustment mechanism is
A relative position detector for detecting a relative position of the second electrode structure with respect to the first electrode structure;
A storage device for storing information for specifying a relationship between a relative position of the second electrode structure with respect to the first electrode structure and a facing area between the first facing surface and the second facing surface;
A control unit that acquires a detection result of the relative position detector, reads information specifying a relationship between a relative position and a facing area from the storage device, and controls an output of the power source;
A plasma processing apparatus comprising:
請求項2のプラズマ処理装置において、
前記電源はパルス電源であり、
前記出力調整機構は、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に印加される電気パルスのピーク電圧を検出するピーク電圧検出器と、
前記ピーク電圧検出器の検出結果を取得し前記電源の出力を制御する制御器と、
を備えるプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The power source is a pulse power source;
The output adjustment mechanism is
A peak voltage detector for detecting a peak voltage of an electric pulse applied between the first electrode and the second electrode;
A controller for obtaining a detection result of the peak voltage detector and controlling an output of the power source;
A plasma processing apparatus comprising:
請求項2のプラズマ処理装置において、
前記出力調整機構は、
前記間隙から放射されるプラズマ光を検出する光検出器と、
前記光検出器の検出結果を取得し前記電源の出力を制御する制御部と、
を備えるプラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
The output adjustment mechanism is
A photodetector for detecting plasma light emitted from the gap;
A control unit for obtaining a detection result of the photodetector and controlling an output of the power source;
A plasma processing apparatus comprising:
請求項5のプラズマ処理装置において、
前記光検出器は、プラズマ光の強度及び広がりを検出し、
前記制御部は、プラズマ光の強度が強くなるほど前記電源の出力を増加させプラズマ光の広がりが広くなるほど前記電源の出力を増加させる、
プラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 5, wherein
The photodetector detects the intensity and spread of the plasma light;
The control unit increases the output of the power source as the intensity of the plasma light increases, and increases the output of the power source as the spread of the plasma light increases.
Plasma processing equipment.
請求項1のプラズマ処理装置において、
前記電源は、パルス電源である、
プラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 1.
The power source is a pulse power source;
Plasma processing equipment.
請求項7のプラズマ処理装置において、
前記パルス電源は、誘導エネルギー蓄積型である、
プラズマ処理装置。
The plasma processing apparatus according to claim 7, wherein
The pulse power source is an inductive energy storage type,
Plasma processing equipment.
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