JP3858043B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、プロセスガスを放電空間に導入し基板のプラズマ処理を行なうプラズマ処理装置に関する。

電源に接続された電極と接地された電極を例えば上下に対向配置し、これら電極間に常圧のプラズマ放電空間を形成し、この放電空間に基板を配置してプラズマ処理を行なう装置は、公知である（例えば特許文献１等）。電極の放電空間形成面には、安定放電のために固体誘電体からなる溶射膜や板が設けられている。通常、電極は、装置本体にガタツキが無いようにしっかり固定されて収容されている。
特開２００４−２２８１３６号公報

プラズマ処理の実行時には、電極が熱を持って伸びようとする。しかし、装置本体により伸び変形を拘束されるので、電極内部に熱応力が生じ、撓みが起きてしまう。また、電極に固体誘電体が溶射等で一体になっていると、両者の線膨張係数の違い（熱膨張差）によっても撓みが起きる。
一方、固体誘電体が板状になっており電極と一体でない場合には、両者の熱膨張差はあまり問題にならないが、何れにせよ電極が装置本体の拘束を受けて撓むおそれがある。そうすると、電極と固体誘電体の板との間に隙間が形成され、この隙間でアーキングが起きるおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、下方に基板が配置され、この基板との間にプロセスガスが導入されるべきプラズマ処理部（処理ユニット）を有するプラズマ処理装置において、
前記プラズマ処理部が、底部が開放された筐体と、この筐体の底部を塞ぐように筐体に支持された固体誘電体の板と、筐体の内部に水平方向の少なくとも第１方向へフリーになるようにして収容された電極とを備え、
前記固体誘電体板が、単独で前記電極の自重を支持可能な強度を有し、前記電極が、前記固体誘電体板の上面に非固定状態で載置（接着やネジ止め等の固定手段を使わずに単に載置され、固体誘電体板の上面に沿って変位可能な状態）され、自重のほぼ全てを固体誘電体板に掛けていることを特徴とする。
これによって、電極が固体誘電体板から独立して自由熱膨張でき、固体誘電体板との熱膨張差や筐体の拘束によって撓み変形を来たすのを防止できるとともに、電極を自重による押し当て力で固体誘電体板に常時接触させることができる。これによって、電極と固体誘電体板との間にアーキングが発生するのを防止することができる。また、固体誘電体板には、電極との熱膨張差による熱応力が生じるのを防止でき、破損を防止することができる。

本発明は、前記電極が、前記第１方向に延びる長尺状をなしている場合に特に効果的である。この場合、前記筐体に前記電極を少なくとも長手方向へフリー（変位可能）になるようにして収容する。
これによって、電極の長手方向への熱膨張による撓みを確実に防止でき、固体誘電体板との接触状態を確実に維持でき、アーキングの発生及び固体誘電体板の破損を確実に防止することができる。

前記筐体には、前記電極の長手方向と直交する幅方向の位置を、遊びを持って規制する電極規制部が設けられていることが望ましい。
これによって、電極を幅方向にある程度位置決めできるとともに、幅方向への自由熱膨張をも許容でき、撓み変形を一層確実に防止することができる。

前記固体誘電体板が、前記電極と同方向に延びており、前記筐体には、固体誘電体板の幅方向の両端部を長手方向に変位可能に支持する一対の板支持部が設けられていることが望ましい。これによって、固体誘電体板についても長手方向への自由熱膨張を許容でき、破損を一層確実に防止することができる。
前記固体誘電体板が、前記電極と同方向に延び、その幅方向の両端面が、下向きの斜面になっており、
前記筐体には、前記固体誘電体板の幅方向の両端部を支持する一対の板支持部が設けられ、各板支持部が、上向きの斜面をなして前記固体誘電体板の下向き斜面と当接する板支持面を有していてもよい。

前記一対の板支持部のうち少なくとも一方が、前記固体誘電体板より軟質であることが望ましい。
これによって、固体誘電体板への支持応力を緩和して破損を確実に防止することができる。
前記固体誘電体板が、セラミックにて構成され、前記一対の板支持部のうち一方が、樹脂にて構成され、他方の板支持部が、金属にて構成されていることが望ましい。
これによって、固体誘電体板を確実に位置決めし支持できるとともに、セラミックからなる固体誘電体板への支持応力を緩和して破損を確実に防止することができる。

前記電極が、第１金属部材と第２金属部材とに分かれ、第１金属部材は第２金属部材より重く、第２金属部材は薄板状をなしており、前記固体誘電体板の上に前記第２金属部材が非固定状態で載置され、この第２金属部材の上に前記第１金属部材が非固定状態で載置されていてもよい。この場合、第２金属部材の上面と下面のプラズマ放電時の温度差が所定以下になるように、第２金属部材の材料及び厚さが設定されていることが望ましい。

ここで、前記所定の温度差は、第２金属部材がプラズマ放電時に撓み変形をほとんど来たさない上限の温度差とし、略１℃であることが好ましい。
第２金属部材となる材料の熱伝導度が高いほど厚さを大きく設定でき、逆に熱伝導度が低いほど厚さを小さくする必要がある。
第２金属部材は、アルミニウムからなる薄い平板であるのが好ましい。第２金属部材の材料としてアルミニウムを用いる場合、厚さは２ｍｍ程度にするのが好ましい。第２金属部材の材料としてアルミニウム合金を用いてもよい。第２金属部材の材料としてステンレスを用いてもよく、その場合、厚さは０．３〜０．５ｍｍ程度が好ましい。前記第２金属部材は、最低限、平板形状を維持可能な厚さを有しているのが好ましい。

上記の第１金属部材と第２金属部材の２部材分割構造によれば、プラズマ放電により第２金属部材が加熱膨張する際、第２金属部材の厚さ方向の温度勾配を極めて小さくでき、撓み変形を防止することができる。これによって、第２金属部材と固体誘電体板の間に隙間が形成されるのを確実に防止でき、両者間にアーキングが発生するのを確実に防止することができる。一方、第１金属部材が第２金属部材からの熱伝達により撓んだとしても、どこか一箇所で第２金属部材と接触していれば、これら第１、第２金属部材間の電気的導通状態を維持することができる。

前記第１金属部材は、第２金属部材より十分大きな重量を有しているのが好ましい。これにより、第１金属部材の自重で第２金属部材を固体誘電体板にしっかり押し付けることができ、第２金属部材と固体誘電体板との間に隙間が形成されるのを一層確実に防止することができる。
第１金属部材は、温調構造（冷媒・温調媒体の通路等）を有しているのが好ましい。これによって、第２金属部材の熱膨張の抑制などを行なうことができる。

本発明は、略常圧（大気圧近傍）の圧力環境での常圧プラズマ処理に特に効果的である。ここで、略常圧とは、１．０１３×１０⁴〜５０．６６３×１０⁴Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×１０⁴Ｐａが好ましく、９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａがより好ましい。

本発明によれば、電極が他の部材からほぼ独立して自由熱膨張することができ、固体誘電体板との熱膨張差や筐体の拘束によって撓み変形を来たすのを防止できるとともに、電極を自重による押し当て力で固体誘電体板に常時接触させることができる。これによって、電極と固体誘電体板との間にアーキングが発生するのを防止することができる。また、固体誘電体板には、電極との熱膨張差による熱応力が生じるのを防止でき、破損を防止することができる。

以下、本発明の第１実施形態を図面にしたがって説明する。
図１に示すように、常圧プラズマ処理装置Ｍは、左右２つ（複数）のプラズマ処理部（処理ユニット）１０Ｌ，１０Ｒからなる処理ヘッド１０を有している。２つのプラズマ処理部１０Ｌ，１０Ｒの間には、狭い隙間１１が形成されている。隙間１１の厚さは、例えば１ｍｍ程度である。この隙間１１の上端部にプロセスガス源２が接続されている。隙間１１は、プロセスガスの導入路として提供されている。隙間１１の下端開口１１ａは、プロセスガスを後記処理通路１２へ導入する導入口として提供されている。プロセスガスは、処理内容に応じたガス種が用いられる。例えば、エッチング処理では、ＣＦ_４等のフッ素系ガスを主成分とし、これに微量の水等を添加した混合ガス等が用いられる。

処理ヘッド１０の左右両側には排気筒１２０がそれぞれ設けられている。排気筒１２０の下面は、処理ヘッド１０の下面と面一になっている。排気筒１２０の下面にはスリット状の排気口１２０ａが形成されている。図示は省略するが、排気筒１２０の上端部は、吸引ポンプ等の排気手段に接続されている。

処理ヘッド１０の下方には、ステージ１００が設けられている。ステージ１００は、電気的に接地され、後記印加電極３０に対する接地電極を構成している。ステージ１００には、搬送機構１１０（図３）が接続されている。この搬送機構１１０によって、ステージ１００が左右方向に移動されるようになっている。

ステージ１００の上面に、処理すべき基板Ｗが配置されるようになっている。これによって、処理ヘッド１０と基板Ｗとの間に、中央部から左右方向へ向かう処理通路１２が形成されるようになっている。処理通路１２の厚さ（ワーキングディスタンス）は、例えば１ｍｍ〜２ｍｍである。
基板Ｗが、直接的に電気的に接地されていてもよい。

２つのプラズマ処理部１０Ｌ，１０Ｒは、左右対称状をなしている。以下、特に断らない限り、左側のプラズマ処理部１０Ｌについて説明する。
図１及び図２に示すように、プラズマ処理部１０Ｌは、本体としての筐体２０と、この筐体２０の内部に収容された電極３０とを備え、前後方向（図１の紙面と直交する方向、図２の左右方向）に長く延びている。

筐体２０は、図示しない架台に支持された筐体本体２１と、この筐体本体２１の内周面に設けられた内張り部材４０とを有している。
筐体本体２１は、左右の壁２２と、前後の壁２３と、上板２５とを有し、底部が開放されている。この筐体本体２１の各構成部材２２，２３，２５は、ステンレス等の金属にて構成されている。筐体本体２１の左右方向の外幅は、例えば１００ｍ程度であり、前後方向の長さは、例えば２ｍ以上である。

内張り部材４０は、筐体本体２１の左右の壁２２の内側面に設けられた内壁部４２と、前後の壁２３の内側面に設けられた内壁部４３，４４と、上板２５の下面に設けられた天井部４５とを含んでいる。この内壁部材４０の各構成部材４２，４３，４４，４５は、樹脂などの絶縁性の材料にて構成されている。

筐体本体２１の下部には、アルミナや石英等のセラミックからなる固体誘電体の板５０が設けられている。固体誘電体板５０は、前後方向に長く延びる薄い平板状をなしており、その厚さは、例えば２ｍｍ程度であり、幅は、例えば６０ｍｍ程度であり、長さは、上記筐体２０とほぼ同じで２ｍ以上に及んでいる。この固体誘電体板５０によって筐体本体２１の底部が塞がれている。

固体誘電体板５０は、次のようにして支持されている。
図１及び図３に示すように、固体誘電体板５０の幅方向の両端面は、下向きの斜面になっている。一方、筐体本体２１の左右の壁２２の下端部には、一対の板支持部材６１，６２がボルト締めにて固定されている。これら板支持部材６１，６２の下端部には、互いに向き合う方向に突出する板支持部６１ａ，６２ａがそれぞれ設けられている。板支持部６１ａ，６２ａの端面は、上向きの斜面になっている。これら板支持部６１ａ，６２ａの上向き斜端面（板支持面）の上に、固体誘電体板５０の下向き斜端面がそれぞれ当接されている。これによって、固体誘電体板５０が、両側の板支持部材６１，６２間に架け渡されるようにして水平に支持されている。固体誘電体板５０は、この被支持状態で長手方向に変位可能になっている。固体誘電体板５０の前端部又は後端部と筐体２０の内壁部４３又は４４との間には変位を許容するクリアランスが形成されている。

固体誘電体板５０の上面の左右両側部は、筐体本体２１の左右の壁２２の下端面に当接されている。図示は省略するが、この固体誘電体５０と壁２２の下端面の間には、シール部材（図示せず）が介在されている。

プラズマ処理部１０Ｌの右側（処理通路１２の上流側部）の板支持部材６１は、筐体本体２１と同じ金属（例えばステンレス）にて構成されている。プラズマ処理部１０Ｌの左側（処理通路１２の下流側部）の板支持部材６２は、樹脂にて構成されている。この板支持部材６２を構成する樹脂材料は、オゾンやＨＦ系ガス等の腐食性物質に対する耐腐食性の良好なものが望ましい。そのような樹脂として、テフロン（登録商標）系の樹脂が好適であり、ＰＶＤＦ（ポリ弗化ビニリデン）がより好適である。ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）でもよい。樹脂製の板支持部材６２は、金属製の板支持部材６１より軟質であることは勿論、セラミック製の固体誘電体板５０よりも軟質になっている。

図３に示すように、固体誘電体板５０の右側部の下面と、金属製の板支持部材６１の下面とは、基板Ｗと協働して、処理通路１２における後記放電空間１２ａより上流側の通路部１２ｂを画成している。上流側通路部１２ｂは、プロセスガス導入口１１ａから放電空間１２ａの上流端までの間の処理通路１２を占めている。

固体誘電体板５０の左側部の下面と、耐腐食性樹脂製の板支持部材６２の下面とは、基板Ｗと協働して、処理通路１２における後記放電空間１２ａより下流側の通路部１２ｃを画成している。下流側通路部１２ｃは、放電空間１２ａの下流端から排気口１２０ａまでの間の処理通路１２を占めている。

次に、プラズマ処理部１０Ｌ内の電極３０について説明する。
図１及び図２に示すように、電極３０は、アルミやステンレス等の金属にて構成され、断面四角形状をなして前後水平方向に長く延びている。この電極３０の長さは、約２ｍである。電極３０の上部には、リブ３３が設けられている。リブ３３の電極３０への固定手段は、ボルト（図示せず）等が用いられている。リブ３３は、電極３０と同方向に延び、電極３０を補強し、電極３０の撓みを防止している。リブ３３は、電極３０と同様に金属（ステンレス等）にて構成され、電極３０と電気的に一体になっている。図示は省略するが、リブ３３に給電ピンが突出され、この給電ピンから給電線が延び、電源に接続されている。これによって、電極３０への給電がなされるようになっている。この給電によって、電極３０とその下方の接地電極としての基板Ｗ等との間（処理通路１２の中央部分１２ａ）に常圧グロー放電プラズマが立ち、処理通路１２の中央部分１２ａが放電空間となるようになっている。電極３０の下面は、「放電空間形成面」となる。

電極３０（リブ３３を含む）の単位長さあたりの重さは、例えば３０〜６０ｇ／ｃｍである。この電極３０が、筐体２０内に収容されるとともに、固体誘電体板５０の上面に非固定状態で単に載置されている。これにより、電極３０（リブ３３を含む）の全自重が、固体誘電体板５０に掛かっている。この電極３０の自重による押し当て力により、電極３０の平らな下面の全体が、固体誘電体板５０の平らな上面にぴったり押し当てられている。２ｍｍ厚のセラミック製の固体誘電体板５０は、この電極荷重に十分耐え得る強度を有している。

電極３０の前端部は、筐体２０の前側の内壁部４３で位置決めされている。一方、電極３０の後端部と筐体２０の後側の内壁部４４との間にはクリアランスが形成されている。これによって、電極３０は、長手方向にフリーになり熱膨張・収縮自在になっている。

筐体２０の天井部４５には、絶縁樹脂からなる電極規制部材４６が垂設されている。電極規制部材４６の下面には、左右一対の電極規制部４６ａが下に突出するように設けられている。これら左右の電極規制部４６ａの間に、リブ３３の上端部が差し入れられている。これら電極規制部４６ａとリブ３３との間には、ある程度（例えば０．５ｍｍ程度）の遊びが設けられている。左右の電極規制部４６ａは、この遊びを許容しつつ、電極３０の左右方向の位置を規制している。

電極３０の内部には、２条の通路３１，３２が形成されている。これら電極内通路３１，３２は、互いに左右に並べられ、電極３０の全長にわたって前後に延びている。一方の電極内通路３１の前側（図２において左側）の端部は、前側の内壁部４３と上板２５に形成された窒素導入路７１ａ及び窒素導入コネクタ７１ｃを介して、窒素供給管７１に接続されている。窒素供給管７１は、図示しない窒素ガス源に接続されている。窒素ガス源には、実質的に純正（不可避的不純物を含む）の窒素ガスが圧縮されて蓄えられている。電極内通路３１の後側の端部は、後側の内壁部４４に形成された連通路４４ａを介して、もう１つの電極内通路３２の後側の端部に連なっている。この電極内通路３２の前側の端部は、前側の内壁部４３と上板２５に形成された窒素導出路７２ａ及び窒素導出コネクタ７２ｃを介して、窒素回収路７２に接続されている。

筐体２０の内張り部材４０と電極３０との間には、２つの電極外空間１３，１４が画成されている。２つの電極外空間１３，１４は、電極３０（リブ３３を含む）及び電極規制部材４６を挟んで左右両側に分かれている。一方の電極外空間１３の前側の端部は、前側の内壁部４３と上板２５に形成された窒素導入路７３ａ及び窒素導入コネクタ７３ｃを介して、窒素供給管７３に接続されている。窒素供給管７３は、上記窒素ガス源に接続されている。電極外空間１３の後側の端部は、後側の内壁部４４に形成された連通路４４ｂを介して、もう１つの電極外空間１４の後側の端部に連なっている。この電極外空間１４の前側の端部は、前側の内壁部４３と上板２５に形成された窒素導出路７４ａ及び窒素導出コネクタ７４ｃを介して、窒素回収路７４に接続されている。

上記構成のプラズマ処理装置Ｍによって基板Ｗをプラズマ処理する際は、プラズマ処理部１０Ｌ，１０Ｒの下方に基板Ｗを配置するとともに、プロセスガス源２のＣＦ_４等を含むプロセスガスをガス導入路１１に送り込む。このプロセスガスは、ガス導入路１１を通って左右の処理通路１２に分流し、該処理通路１２の上流側部分１２ｂを経て、中央部分１２ａへ入ってくる。併行して、電源から電極３０に電圧供給する。これにより、処理通路１２の中央部分１２ａが、常圧のプラズマ放電空間になり、プロセスガスをプラズマ化できる。このプラズマ化されたプロセスガスが基板Ｗの表面に当たることにより、エッチング等のプラズマ処理を常圧下で行なうことができる。

この処理反応によってオゾンやＨＦ系ガス等の腐食性物質が発生する。この腐食性物質を含む処理済みのガスは、放電空間１２ａより下流側の通路部１２ｃを通り、排気口１２０ａから排気筒１２０内に吸い込まれ、排気される。ここで、下流側の通路部１２ｃを画成する板支持部材６２は、耐腐食性であるので、上記腐食性物質に曝されても腐食を来たさないようにすることができる。これによって、コンタミネーションの発生を防止することができる。

電極３０は、上記の放電によって熱を持ち、主に長手方向に膨張しようとする。この電極３０は、長手方向にフリーになっており、長手方向に自由熱膨張できるので、内部に筐体２０の拘束による熱応力が発生することがない。同様に、固体誘電体板５０も、長手方向に自由熱膨張でき、筐体２０による熱応力が生じることがない。しかも、電極３０が固体誘電体板５０の上に非固定状態で単に載せられているだけであるので、電極３０と固体誘電体板５０は互いに独立して熱膨張でき、互いの熱膨張差による熱応力を及ぼし合うことがない。したがって、電極３０は、長手方向にまっすぐ伸び変形するだけで撓み変形を来たすことがなく、固体誘電体板５０も撓まないようにすることができる。しかも、電極３０が自重で固体誘電体板５０に押し当てられているので、電極３０の下面と固体誘電体板５０の上面との接触状態を常に維持することができる。これによって、電極３０と固体誘電体板５０の間に隙間が形成されるのを確実に防止することができる。この結果、電極３０と固体誘電体板５０の間にアーキングが発生するのを防止することができる。

上述のように、固体誘電体板５０は、電極３０との熱膨張差による熱応力を受けることがないのに加えて、左右両端部の支持機構と前後端面のクリアランスによって長手方向の変位を許容されているので、筐体２０等の拘束による熱応力を受けることもない。これによって、固体誘電体板５０が熱応力で割れるのを防止することができる。

上記プロセスガスの流通と併行して、上記窒素ガス源の純正窒素ガスを流通させる。この窒素ガスの一部は、窒素供給管７１、窒素導入コネクタ７１ｃ、窒素導入路７１ａを順次経て、電極３０内の一方の通路３１の前端部に導入される。そして、電極内通路３１を前端部から後端部へ流れる。次いで、連通路４４ａを経て、他方の電極内通路３２を後端部から前端部へ流れる。そして、窒素導出路７２ａから窒素導出コネクタ７２ｃを経て、窒素回収路７２へ送出される。これによって、電極３０を内部から冷却・温調することができる。しかも、電極３０の長手方向に沿って窒素が往復することになるので、電極３０の全体を偏り無く均一に冷却・温調でき、温度分布が形成されるのを防止できる。冷媒（温調媒体）として窒素を用いているので、漏電等を起こす心配が無い。

更に、上記窒素ガス源の窒素ガスの他の一部は、窒素供給管７３、窒素導入コネクタ７３ｃ、窒素導入路７３ａを順次経て、電極３０の外側の通路１３の前端部に導入される。そして、電極外通路１３を前端部から後端部へ流れる。次いで、連通路４４ｂを経て、他方の電極外通路１４を後端部から前端部へ流れる。そして、窒素導出路７４ａから窒素導出コネクタ７４ｃを経て、窒素回収路７４へ送出される。これによって、電極３０を外側からも冷却・温調することができる。しかも、内部と同様に偏り無く均一に冷却・温調できる。これによって、電極３０の冷却・温調効率を向上できるとともに、電極３０の長さ方向は勿論、厚さ方向にも温度分布が形成されるのを防止することができる。

金属製の筐体本体２１の内側には樹脂製の内張り部材４０が設けられているだけでなく、この内張り部材４０と電極３０との間に電極外空間１３，１４が形成されているので、電極３０と筐体本体２１との絶縁を確保することができる。加えて、空間１３，１４内は、純正の窒素ガスで満たされるようになっているので、絶縁性を一層高めることができる。これによって、電極３０と筐体本体２１の間で異常放電が起きるのを確実に防止することができる。
更には、電極３０と固体誘電体板５０の間に、万が一、隙間が形成されたとしても、そこに窒素ガスが入り込むことになって、アーキングの発生を防止することができる。

しかも、上記窒素ガスに圧を与えることによって、電極外空間１３，１４をプロセスガス導入路１１及び処理通路１２より高圧にでき、プロセスガスが電極外空間１３，１４内に浸み込むのを確実に防止できる。これによって、電極３０と筐体本体２１の間の絶縁性を確実に維持でき、異常放電を一層確実に防止することができる。更に、窒素ガスは、上述した通り、一方の電極外空間１３を往路とし、他方の電極外空間１４を復路として流通しているので、たとえプロセスガスが電極外空間１３，１４内に浸み込んで来たとしても、上記の窒素ガスと一緒に速やかに排出することができる。これによって、電極３０と筐体本体２１の間の絶縁性を一層確実に維持でき、異常放電をより一層確実に防止することができる。

筐体本体２１は、金属にて構成され、断面門型をなしているので、撓みに対する剛性を確実に発揮することができ、長尺化が可能となる。
固体誘電体板５０は、平板状であり、形状が単純であるので、製造が容易であり、２ｍ以上にわたる長尺寸法にも容易に対応することができる。
固体誘電体板５０の下向き斜面をなす一端部に対する支持部材６１は、金属にて構成される一方、他端部に対する支持部材６２は、樹脂にて構成されているので、固体誘電体板５０や支持部材６１，６２等の寸法誤差があっても、固体誘電体板５０の下向き斜面部に無理な力が掛からないようにすることができる。これによって、セラミック製の固体誘電体板５０を装置Ｍに組み付け等する際、その下向き斜面部が破損するのを防止することができる。

図４は、電極の変形態様を示したものである。
この電極８０は、断面四角形状をなす２本の金属製角パイプ８１，８２を平行に並べ、これら角パイプ８１，８２を金属製平板８３，８４にて上下から挟むことによって構成され、前後方向に長く延びている。上側の平板８３の上面には、金属製リブ８５が長手方向に沿って設けられている。この電極８０が、固体誘電体板５０（図示省略）上に単に載置され、下側の平板８４の放電空間形成面としての下面が、固体誘電体板５０の上面に当接される。

角パイプ８１，８２は、市販のものを使用することができる。角パイプ８１，８２の内部空間は、窒素ガスを通す電極内通路として提供される。したがって、前述した実施形態の電極３０のように、２ｍに及ぶ電極内通路をざぐり加工等で開穿する必要がなく、コストの低廉化を図ることができる。

図５は、電極の他の変形態様を示したものである。
この電極９０は、上側の第１金属部材９１と、下側の第２金属部材９２とに分かれている。第１金属部材９１と第２金属部材９２は、単に上下に重ねられているだけであり、ボルトや溶接等の固定手段で接合、固定されてはいない。

第１金属部材９１は、第１実施形態の電極３０と同様の構造になっている。概説すると、第１金属部材９１は、アルミやステンレス等の金属にて構成され、厚肉の平板状（断面四角形）をなして前後に長く延びている。第１金属部材９１は、第２金属部材９２より十分に大きな重量を有している。第１金属部材９１の上面には金属リブ９３が設けられている。第１金属部材９１の内部には、冷却・温調構造として２条の通路９１ａ，９１ｂが形成されている。純正窒素ガス（冷却・温調媒体）が通路９１ａを往路とし、通路９１ｂを復路として流通されることにより、第１金属部材９１が内部から冷却・温調されるようになっている。
第１金属部材９１の冷却・温調構造は、上記通路９１ａ，９１ｂに代えて、図４に示すような２本のパイプ８１，８２で構成されていてもよい。

第２金属部材９２は、第１金属部材９１より少し幅広で、第１金属部材９１より十分に薄い平板状をなし、前後に延びている。
第２金属部材９２は、アルミニウムにて構成され、その厚さは、約２ｍｍに設定されている。

この第２金属部材９２が、固体誘電体板５０の上に非固定状態で単に載置されている。この第２金属部材９２の上に第１金属部材９１が非固定状態で単に載置されている。
したがって、第２金属部材９２が、自らの自重だけでなく第１金属部材９１の重みによっても固体誘電体板５０に押し当てられている。これにより、第２金属部材９２の平らな下面全体を固体誘電体板５０と面接触させることができる。第１金属部材９１は、厚肉平板状であり、荷重を第２金属部材９２のほぼ全体に均一にかけることができる。

プラズマ放電時には第２金属部材９２の下面（固体誘電体板５０との当接面）が最も高温になる。第２金属部材９２の材料であるアルミニウムは熱伝導が良好であるので、第２金属部材９２の下面の熱は厚さ方向にすばやく伝わる。しかも、第２金属部材９２の厚さは２ｍｍ程度であり極めて小さい。これにより、熱が第２金属部材９２の上面に簡単に達することができる。したがって、プラズマ放電時には第２金属部材９２の全体がほぼ均一に温度上昇することになり、第２金属部材９２の厚さ方向の温度勾配が極めて小さく、第２金属部材９２の上面と下面の温度差は僅か１℃程度以内にとどまる。しかも第２金属部材９２は固体誘電体板５０上に非固定状態で単に載置されているだけであり、固体誘電体板５０から独立して単独で固体誘電体板５０の上面に沿う水平方向に変位自在になっている。これによって、第２金属部材９２は、主に長手方向にまっすぐ伸び変形することになり、撓み変形を来たさないようにでき、平らな形状を維持することができる。よって、第２金属部材９２と固体誘電体板５０の間に隙間が形成されるのを確実に防止でき、両者間にアーキングが発生するのを確実に防止することができる。

熱は第２金属部材９２から第１金属部材９１に伝達され、第１金属部材９１も温度上昇することになる。このとき、第１金属部材９１の内部に厚さ方向に温度勾配が形成され、第１金属部材９１が撓む場合がある。しかし、第１金属部材９１が固体誘電体板５０と直接接しているわけではなく、しかも第１金属部材９１は第２金属部材９２から独立して撓み変形可能であるので、第２金属部材９２に熱応力が伝達されることはない。したがって、電極９０の第１金属部材９１が撓み変形を来たしても、固体誘電体板５０と電極９０の間に隙間が形成されることはなく、両者間にアーキングが発生することはなく、何ら問題が無い。

一方、第１金属部材９１が撓んでも、第１金属部材９１のどこか一箇所は必ず第２金属部材９１と接触している。これによって、第１金属部材９１と第２金属部材９２の電気的導通状態を維持でき、第１金属部材９１を介して第２金属部材９２に確実に給電することができる。

第２金属部材９２が第１金属部材９１より少し幅方向に突出されるようになっているため、第１金属部材９１の幅方向の端部からアークが飛ぶのを防止することができる。
プラズマ放電と併行して、通路９１ａ，９１ｂに純正窒素ガス（冷却・温調媒体）を通すことにより、第１金属部材９１ひいては第２金属部材９２を冷却・温調することができ、これら金属部材９１，９２の熱変形を抑制することができる。

第２金属部材９２は、アルミニウムに限られずステンレス等の他の金属材料で構成してもよい。第２金属部材９２の厚さは、材料の熱伝導度に応じて設定し、プラズマ放電時の加熱による上面と下面の温度差が略１℃以下になるような大きさにする。したがって、第２金属部材９２としてアルミニウムより熱伝導度が小さい材料を用いる場合、厚さをより小さくする。例えばステンレスの場合、第２金属部材９２の厚さはほぼ０．３〜０．５ｍｍとする。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の改変をなすことができる。
筐体本体２１における処理通路１２の下流側の外側面に、テフロン（登録商標）等からなる耐腐食性のコーティングを施すことにしてもよい。
セラミック製の固体誘電体５０の破損を防止するとの観点からは、処理通路１２の下流側の板支持部材６２を金属にする一方、上流側の板支持部材６１を固体誘電体５０より軟質の樹脂等で構成してもよく、２つの部材６１，６２を共に固体誘電体５０より軟質の樹脂等で構成してもよい。
金属製の板支持部材６１は、筐体本体２１と一体になっていてもよい。
電極の冷却・温調媒体として窒素以外の物質（例えば水、空気等）を用いることにしてもよい。
本発明は、エッチング、成膜、表面改質等の種々のプラズマ処理に適用でき、常圧プロセスに限らず、減圧プロセスにも適用できる。

本発明は、例えば半導体製造における基板のプラズマ表面処理に利用可能である。

本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ処理装置を示し、図２のI−I線に沿う正面断面図である。 図１のII−II線に沿う上記常圧プラズマ処理装置の側面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置の左側の処理通路を拡大して示す正面断面図である。 上記常圧プラズマ処理装置の電極の変形態様を示す斜視図である。 上記常圧プラズマ処理装置の電極の他の変形態様を示す斜視図である。

符号の説明

Ｍ プラズマ処理装置
Ｗ 基板
１０ 処理ヘッド
１０Ｌ，１０Ｒ プラズマ処理部（処理ユニット）
１１ プロセスガス導入路
１２ 処理通路
１２ａ 放電空間
１２ｂ 処理通路における放電空間の上流側に連なる空間（処理通路の上流側部）
１２ｃ 処理通路における放電空間の下流側に連なる空間（処理通路の下流側部）
１３，１４ 電極外空間
２０ 筐体
３０ 電極
３１，３２ 電極内通路
４６ａ 電極規制部
５０ 固体誘電体板
６１ 上流側の金属製板支持部材（上流部材）
６１ａ 上流側の板支持部
６２ 下流側の樹脂製板支持部材（下流部材）
６２ａ 下流側の板支持部
７３ａ 窒素導入路
７４ａ 窒素導出路
８０ 電極
８１，８２ 電極内通路
９０ 電極
９１ 第１金属部材
９１ａ，９１ｂ 電極内通路
９２ 第２金属部材

Claims (10)

1. 下方に基板が配置され、この基板との間にプロセスガスが導入されるべきプラズマ処理部を有するプラズマ処理装置において、
   前記プラズマ処理部が、底部が開放された筐体と、この筐体の底部を塞ぐように筐体に支持された固体誘電体の板と、前記筐体の内部に水平方向の少なくとも一方向へフリーになるようにして収容された電極とを備え、
   前記固体誘電体板が、単独で前記電極の自重を支持可能な強度を有し、
   前記電極が、前記固体誘電体板の上面に非固定状態で載置され、自重のほぼ全てを固体誘電体板に掛けていることを特徴とするプラズマ処理装置。
2. 前記電極が、前記一方向に延びる長尺状をなしていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記筐体には、前記電極の長手方向と直交する幅方向の位置を、遊びを持って規制する電極規制部が設けられていることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記固体誘電体板が、前記電極と同方向に延びており、
   前記筐体には、固体誘電体板の幅方向の両端部を長手方向に変位可能に支持する一対の板支持部が設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
5. 前記固体誘電体板が、前記電極と同方向に延び、その幅方向の両端面が、下向きの斜面になっており、
   前記筐体には、前記固体誘電体板の幅方向の両端部を支持する一対の板支持部が設けられ、各板支持部が、上向きの斜面をなして前記固体誘電体板の下向き斜面と当接する板支持面を有していることを特徴とする請求項２又は３に記載のプラズマ処理装置。
6. 前記一対の板支持部のうち少なくとも一方が、前記固体誘電体板より軟質であることを特徴とする請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
7. 前記固体誘電体板が、セラミックにて構成されており、
   前記一対の板支持部のうち一方が、樹脂にて構成され、他方の板支持部が、金属にて構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のプラズマ処理装置。
8. 前記電極が、第１金属部材と第２金属部材とに分かれ、第１金属部材は第２金属部材より重く、第２金属部材は薄板状をなしており、
   前記固体誘電体板の上に前記第２金属部材が非固定状態で載置され、この第２金属部材の上に前記第１金属部材が非固定状態で載置されており、
   第２金属部材の上面と下面のプラズマ放電時の温度差が所定以下になるように、第２金属部材の材料及び厚さが設定されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
9. 前記所定の温度差が、略１℃であることを特徴とする請求項８に記載のプラズマ処理装置。
10. 前記第２金属部材が、アルミニウムからなる厚さ略２ｍｍの平板であることを特徴とする請求項８及び９に記載のプラズマ処理装置。

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