JP4044397B2

JP4044397B2 - Plasma surface treatment equipment

Info

Publication number: JP4044397B2
Application number: JP2002254622A
Authority: JP
Inventors: 聡真弓
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2001-10-15
Filing date: 2002-08-30
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2022-08-30
Also published as: JP2003197397A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プラズマ処理装置に関するものであり、特に常圧下においてグロー放電によりプラズマを生成して被処理物に吹き付け、薄膜形成、エッチング、表面改質、有機汚染物除去、撥水化又は親水化等の表面処理を行なうのに適した装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
グロー放電プラズマによる表面処理は低圧下で行なうのが一般的であった。しかし、真空チャンバーやその内部を真空引きする大容量の排気装置を要し、高価であった。そこで、常圧下で行なうことのできる装置が種々開発されている（特開平６−２１４９号公報、特開平７−８５９９７号公報、特開平１１−２５１３０４号公報、特開平１１−２６０５９７号公報等参照）。例えば、特開平１１−２５１３０４号公報に記載の装置によれば、電極構造を筒状の外側電極とその軸心に沿って配された内側電極との同心円筒型に構成し、これら電極間に処理ガスを導入してプラズマ化させ、これを被処理物に吹き付け、局所的な表面処理を行なうようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上掲公報等の常圧プラズマ処理装置では、処理ガスが電極間を流れる短い時間内でしかプラズマ化できないため、高密度のプラズマを得るのが難しく、処理強度と処理速度の面で改善の余地があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明に係るプラズマ処理装置は、軸状に延びる内側電極と、この内側電極をそれと同軸をなして囲む筒状の外側電極と、これら電極の間に形成された筒状のプラズマ化空間（活性化空間）に上記軸方向の基端側から処理ガスを供給するガス供給手段と、上記電極間に電界を印加して例えばグロー放電等を起させることにより上記ガス供給手段からの処理ガスを上記筒状空間においてプラズマ化（イオン状態だけでなくラジカル状態も含む）させる電界印加手段と、上記プラズマ化空間の先端側に配され、上記プラズマ化後の処理ガスを被処理物へ向けて吹出すノズル部とを備え、上記ガス供給手段が、処理ガス源に接続されたガス供給路と、上記プラズマ化空間の基端側に配され、上記ガス供給路からの処理ガスを上記プラズマ化空間の周方向に旋回させながら上記ノズル部へ向かわせる旋回流形成機構（旋回流形成手段）とを有していることを特徴とする。これによって、処理ガスを高密度にプラズマ化することができ、十分に大きな処理強度と処理速度を得ることができる。
【０００５】
上記旋回流形成機構が、上記ガス供給路に連なるとともに上記プラズマ化空間と同軸でそれより大径の環状空間と、この環状空間から上記プラズマ化空間へ向けて延びるとともに環状空間の周方向に互いに離れて配された複数の旋回導孔とを有する旋回流形成路からなり、各旋回導孔が、プラズマ化空間のほぼ接線に沿うとともにプラズマ化空間に向かうにしたがって先端側へ傾き、且つ上記ガス供給路より細いことが望ましい。これによって、螺旋状の、しかも高速の旋回流を確実に形成できる。旋回流形成路として、上記プラズマ化空間と同軸をなす螺旋状の導孔を設けてもよい。上記旋回流形成機構は、上記のような旋回流形成路の他、回転羽根とこれを回転させる駆動手段等で構成してもよい。
【０００６】
本発明のプラズマ処理装置は、ノズルヘッドを備えているのが望ましい。このノズルヘッドの筐体を構成するヘッド本体には、絶縁ホルダが装填されるとともにそれより先端側に上記外側電極が収容、支持され、更にそれより先端側に上記ノズル部が設けられており、上記内側電極の基端部が、上記絶縁ホルダに支持され、先端部が、絶縁ホルダから突出して上記外側電極内に挿入されており、上記絶縁ホルダに、上記ガス供給路の一部又は全部と環状空間と旋回導孔とが形成されている。これによって、内外の電極を確実に絶縁しながら安定して保持することができる。
【０００７】
上記ヘッド本体が、導電体からなり、上記外側電極と導通するとともに接地されており、上記内側電極の基端部が、上記電圧印加手段に接続されていることが望ましい。これによって、電極の電気的接続や接地を容易に行なうことができる。
【０００８】
上記内側電極の内部には、基端側から先端側へ向かい、その後基端側へ戻る内側電極冷却路が形成され、上記外側電極の外周面と上記ヘッド本体との間には、環状の外側電極冷却路が形成され、これら内外の電極冷却路の一端どうしが、上記絶縁ホルダ及びヘッド本体内に形成された内部連通路を介して連通するとともに、他端が、それぞれ絶縁ホルダ又はヘッド本体に形成された外部連通路を介してノズルヘッドの外部へ出され、これら外部連通路のうち一方の外出端に電極冷却用の冷媒供給源が接続され、他方の外出端に冷媒排出路又は冷媒供給源への戻し路が接続されていることが望ましい。これによって、冷媒を１つの経路に沿って流しながら内外の電極を順次冷却することができる。また、ノズルヘッドには、冷媒のインとアウトのポートをそれぞれ１つ設けるだけでよく、これらポートに接続される配管構成の簡略化を図ることができる。
【０００９】
上記ノズル部には、上記処理ガスを吹出すノズル孔を囲むようにして吸込み孔が形成され、上記絶縁ホルダ又はヘッド本体には、上記吸込み孔における周方向に互いに離れた位置から基端側へ延びる複数の第１吸込み路と、これら第１吸込み路を互いに連ねて均圧化する連絡路と、この連絡路における上記複数の第１吸込み路を均等吸引可能な位置から延びる単一の第２吸込み路とが形成されており、この第２吸込み路が、ノズルヘッドから出て吸込み手段に接続されていることが望ましい。これによって、ノズルヘッド内の限られたスペースに吸込み路を有効配置して、ノズル孔の周りを周方向に均等に吸込むことができ、処理済みの被処理物が排ガスで悪影響を受けるのを確実に防止できる。
【００１０】
上記ノズルヘッドの基端部に、上記の各接続部（すなわちガス供給路と処理ガス源との接続部、内側電極と電圧印加手段との接続部、外部連通路のうち一方の外出端と冷媒供給源との接続部、他方の外部連通路の外出端と冷媒排出路又は冷媒供給源への戻し路との接続部、第２吸込み路と吸込み手段との接続部）が、それぞれ配されていることが望ましい。これによって、接続作業や接続状態の確認を容易に行なうことができる。また、外観をすっきりさせることができる。
【００１１】
本発明では、上記電極間に、高周波電界、パルス電界等の電界が印加され、プラズマを発生させるが、中でもパルス電界を印加することが好ましく、特に、パルスの立上がり及び／又は立下がり時間が、１０μｓ以下のものが好ましい。１０μｓを越えると放電状態がアークに移行しやすく不安定なものとなり、高密度プラズマ状態を保持しにくくなる。また、立上がり時間及び立下がり時間が短いほどプラズマ発生の際のガスの電離が効率よく行なわれるが、４０ｎｓ未満の立上がり時間のパルス電界を実現することは、実際には困難である。より好ましくは５０ｎｓ〜５μｓである。なお、ここでいう立上がり時間とは、電圧（絶対値）が連続して増加する時間、立下り時間とは、電圧（絶対値）が連続して減少する時間を指すものとする。
【００１２】
上記パルス電界の電界強度は、１０〜１０００ｋＶ／ｃｍとなるようにするのが好ましく、１５〜１０００ｋＶ／ｃｍがより好ましい。電界強度が１０ｋＶ／ｃｍ未満であると処理に時間がかかりすぎ、１０００ｋＶ／ｃｍを越えるとアーク放電が発生しやすくなる。
上記パルス電界の周波数は、０．５ｋＨｚ以上であることが好ましい。０．５ｋＨｚ未満であると、プラズマ密度が低く、処理に時間がかかりすぎる。上限は特に限定されないが、常用されている１３．５６ＭＨｚ、試験的に使用されている５００ＭＨｚといった高周波帯でも構わない。負荷との整合のとり易さや取り扱い性を考慮すると、５００ｋＨｚ以下が好ましい。このようなパルス電界を印加することにより、処理速度を大きく向上させることができる。
上記パルス電界における１つのパルスの継続時間は、２００μｓ以下であることが好ましい。２００μｓを越えるとアーク放電に移行しやすくなる。ここで、１つのパルス継続時間とは、ＯＮ、ＯＦＦの繰り返しからなるパルス電界における、１つのパルスの連続するＯＮ時間を言う。
【００１３】
本発明のプラズマ処理装置は、どのような圧力下でも用いることができるが、特に大気圧近傍の圧力下（常圧下）で用いるとその効果を十分に発揮できる。大気圧近傍の圧力とは、１．３３３×１０⁴〜１０．６６４×１０⁴Ｐａの範囲を指す。中でも、９．３３１×１０⁴〜１０．３９７×１０⁴Ｐａの範囲は、圧力調整が容易で装置が簡便になり、好ましい。大気圧近傍の圧力下では、ヘリウム、ケトン等の特定のガス以外は、プラズマ状態が安定して保持されずにアーク放電に移行しやすいことが知られているが、印加電界をパルス状にすることによって、アーク放電に移行する前に放電を止めることができる。
上記パルス電界を用いた大気圧放電プラズマ処理装置によると、ガス種にまったく依存せず、電極間において大気圧下で放電を起こすことが可能であり、電極構造や放電手順を単純化でき、高速処理を実現できる。
【００１４】
本発明で処理できる被処理基材（被処理物）は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド、液晶ポリマー、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等のプラスチック、ガラス、セラミック、金属等が挙げられる。基材の形状としては、板状、フィルム状等のものが挙げられるが、これらに限定されない。特に、エッチング処理を行なう場合は、シリコンウェーハ、ＧａＡｓウェーハ、ＩｎＰウェーハ等の半導体ウェーハ、各種絶縁膜や金属薄膜やＳＡＷフィルタなども処理の対象となる。
【００１５】
本発明で用いる処理ガスとしては、電界を印加することによってプラズマを発生するガスであれば、特に限定されず、処理目的により種々のガスを使用できる。本発明の装置によれば、プラズマ発生空間中に存在する気体の種類を問わずグロー放電プラズマを発生させることが可能であり、開放系あるいは気体の自由な流失を防ぐ程度の低気密系での処理が可能となる。
処理ガスとして、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＣｌＦ₃、ＳＦ₆等のフッ素含有化合物ガスを用いることによって、撥水性表面を得ることができる。
処理ガスとして、Ｏ₂、Ｏ₃、水、空気等の酸素元素含有化合物、Ｎ₂、ＮＨ₃等の窒素元素含有化合物、ＳＯ₂、ＳＯ₃等の硫黄元素含有化合物を用いることによって、基材表面にカルボニル基、水酸基、アミノ基等の親水性官能基を形成させて表面エネルギーを高くし、親水性表面を得ることができる。また、アクリル酸、メタクリル酸等の親水基を有する重合性モノマーを用いて親水性重合膜を被膜することもできる。
Ｓｉ、Ｔｉ、Ｓｎ等の金属の金属−水素化合物、金属−ハロゲン化合物、金属アルコラート等の処理ガスを用いることによって、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＳｎＯ₂等の金属酸化物薄膜を形成でき、基材表面に電気的、光学的機能を与えることができる。
さらに、ハロゲン系ガスを用いてエッチング処理やダイシング処理を行なったり、酸素系ガスを用いてレジスト処理や有機物汚染の除去を行なったり、アルゴン、窒素等の不活性ガスを用いて表面クリーニングや表面改質を行なうこともできる。
【００１６】
特に、エッチングの処理ガスとしては、例えば、塩素ガス、臭素ガス、フッ素ガス等のハロゲンガス、ハロゲンと炭素、あるいはハロゲンと水素を含有するハロゲン化合物ガスが挙げられる。ハロゲン化合物ガスとしては、例えばＣＦ₄、ＣＣｌ₃Ｆ₃、ＳＦ₆、ＨＣｌ等が挙げられる。酸素等の反応性ガスは、ハロゲン系ガスによるエッチングに対して直接的あるいは触媒的に働いて効果を高める場合があるので、酸素や空気等の汎用的なガスでハロゲン化合物ガスを希釈してもよい。
本発明の装置は、処理ガスの高密度プラズマを被処理基材へ局所的に吹き付けることができるので、ハロゲン系ガスを用いたエッチング処理に特に有効である。ドライエッチング処理を行なう場合は、被処理基材を加熱または冷却して行なってもよい。温度は８０〜４００℃にするのが好ましい。
【００１７】
経済性及び安全性の観点から、処理ガス単独雰囲気よりも、以下に挙げる希釈ガスによって希釈された雰囲気中で処理を行なうことが望ましい。希釈ガスとしては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、窒素ガス等が挙げられる。これらは単独でも２種以上を混合して用いてもよい。希釈ガスを用いる場合、処理ガスの割合は０．０１〜１０体積％であることが好ましい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１１は、本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置Ｓ１を示したものである。プラズマ処理装置Ｓ１は、架台ＳＴと、この架台ＳＴ上に設置されたハウジングＨＳと、このハウジングＨＳ内に設けられた移動機構ＴＲと、ハウジングＨＳ上に取り付けられたノズルヘッド１とを備えている。移動機構ＴＲ上のテーブルＴＢに、図１に示す基板Ｗ（被処理物）がセットされた後、テーブルＴＢがノズルヘッド１の直下へ移動されることにより、基板Ｗにエッチング等の表面処理が施されるようになっている。架台ＳＴの傍のボックスＢＸには、後記パルス電源装置ＰＳや処理ガスに定量の水蒸気を添加する気化器（図示せず）等が収容されている。
なお、移動機構ＴＲは、テーブルＴＢひいては基板ＷをＸＹＺの３方向へ位置調節できるようになっているが、ＸＹの２方向だけに位置調節できるものを用いてもよい。被処理物がフィルム状である場合には、上記移動機構ＴＲに代えて、繰り出しロールと巻き取りロールからなる搬送系を用いるとよく、枚葉状のものである場合には、搬送コンベアや搬送ロボット等の搬送系を用いるとよい。
【００１９】
ノズルヘッド１について詳述する。
図１及び図２に示すように、ノズルヘッド１は、筐体を構成するヘッド本体１０と、このヘッド本体１０に装填された絶縁ホルダ２０とを備えている。ヘッド本体１０及び絶縁ホルダ２０の内部に同軸円筒型の一対の電極３０，４０が収容、支持されている。
【００２０】
詳述すると、ヘッド本体１０は、軸線Ｌを鉛直に向けた筒状のセンターボディ１１と、このセンターボディ１１の上端部（基端部）のフランジ１１ａに重ねられた中空円盤状のキャップ１２と、センターボディ１１の下端部（先端部）に連ねられたやや小径筒状のロアボディ１３とを有し、下段ほど小径の三段筒形状をなしている。各ボディ１１〜１３は、導電性材料（例えばステンレス）で構成されている。
【００２１】
センターボディ１１が、上記ハウジングＨＳの上板部に形成された収容穴ＨＳａに嵌め込まれている。センターボディ１１の上端フランジ１１ａとキャップ１２とが、ハウジングＨＳにボルト６０にて固定されている。
ロアボディ１３の下端部には、ノズル部５０が取り付けられている。ノズル部５０の詳細構造については、後記の処理ガス供給機構で述べることとする。
【００２２】
絶縁ホルダ２０は、中空円形ブロック状のメインホルダ２１と、このメインホルダ２１の上に載せられた下部大径短筒状、上部小径長筒状のインターナルホルダ２２と、このインターナルホルダ２２の上部長筒に挿入された細長筒状のトップホルダ２３とを有している。これらホルダ２１〜２３は、絶縁性材料（例えばポリテトラフルオロエチレン）で構成されている。メインホルダ２１は、センターボディ１１の下側部に収容されるとともに、ロアボディ１３上に載せられ、ボルト６１（図３及び図８）によってロアボディ１３と連結されている。インターナルホルダ２２の下部大径短筒部が、センターボディ１１の上側部に収容されている。メイン及びインターナルホルダ２１，２２の外周とセンターボディ１１の内周との間には、ホルダ２１〜２３と同様の絶縁性材料からなる円筒形状のライナーリング２４が挟まれている。
【００２３】
ノズルヘッド１の電極構造について説明する。
ヘッド本体１０のロアボディ１３内に、上記アース電極４０（外側電極）が装着されている。アース電極４０は、ノズルヘッド１の軸線Ｌと同軸の円筒形状をなし、その内周面に固体誘電体層４１が被膜されている。アース電極４０の材質としては、銅やアルミニウム等の金属単体、ステンレスや真鍮等の合金、金属間化合物等を用いることができる。
【００２４】
固体誘電体層４１の厚さは、０．０１〜４ｍｍであることが好ましい。厚すぎると放電プラズマを発生するのに高電圧を要することがあり、薄すぎると電圧印加時に絶縁破壊が起こり、アーク放電が発生することがある。
固体誘電体層４１の材質としては、酸化アルミニウム、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート等のプラスチックの他、ガラスや二酸化珪素等を用いることができる。特に、２５℃環境下における比誘電率が７、好ましくは１０以上のものを用いると、低電圧で高密度の放電プラズマを発生させることができ、処理効率が向上する。比誘電率の上限は特に限定されるものではないが、現実の材料では１８,５００程度のものが入手可能であり、本発明に使用できる。特に好ましくは比誘電率が１０〜１００の固体誘電体である。比誘電率が１０以上である固体誘電体の具体例としては、二酸化ジルコニウム、二酸化チタン等の金属酸化物、チタン酸バリウム等の複酸化物を挙げることができる。
【００２５】
アース電極４０は、ロアボディ１３と接して導通し、ひいてはセンターボディ１１と導通し、更にはハウジングＨＳと導通している。このハウジングＨＳが接地されることにより、ボディ１１，１３を介してアース電極４０が接地されている。
【００２６】
絶縁ホルダ２０によって上記ホット電極３０（内側電極）がアース電極４０及びヘッド本体１０から絶縁された状態で支持されている。ホット電極３０の材質については上記アース電極４０と同様である。ホット電極３０は、大径環状の頭部３０ｂと、それから下方へ延びる有底筒状の電極本体３０ａとを一体に有し、軸線Ｌに沿って配されている。頭部３０ｂが、メインホルダ２１の上側部の大径中心孔部２１ａに嵌め込まれるとともに、インターナルホルダ２２とメインホルダ２１とによって上下から挟まれている。
【００２７】
電極本体３０ａの外面（周面及び底面）には、上記層４１と同様の固体誘電体層３１が被膜されている。
電極本体３０ａは、メインホルダ２１の小径中心孔部２１ｂを貫通するとともに、メインホルダ２１より下方へ延びてアース電極４０内に差し入れられている。ホット電極本体３０ａの下端部は、後述するノズルピース５２の円錐状凹部５２ａに若干量入り込み、この入り込み量の分だけアース電極４０より下方に突出されている。ホット電極本体３０ａとアース電極４０との間には、円筒状のプラズマ化空間１ａが形成されている。
なお、メインホルダ２１の下側部の大径中心孔部２１ｃの内周には、ポリテトラフルオロエチレン等の絶縁性材料からなる断面円形状の短パイプ２５が嵌め込まれている。この短パイプ２５の内周とホット電極本体３０ａとの間に、円筒空間１ｂが形成され、この円筒空間１ｂの下方に上記プラズマ化空間１ａがストレートに連なっている。
【００２８】
絶縁ホルダ２０のトップホルダ２３の縦孔２３ａには、ノズルヘッド１の軸線に沿うようにして導電性金属からなるパイプ３２が挿入されている。パイプ３２のトップホルダ２３より上への延出部分に、給電線ＰＬを介してパルス電源装置ＰＳ（電界印加手段）が接続されている。パイプ３２の下端は、ホット電極３０の電極本体３０ａ内に差し入れられ、電極本体３０ａの内底面近くに達している。パイプ３２の中間部には、ハステロイ（三菱マテリアルの商標）等の導電性金属からなる導電リング３３が装着されている。導電リング３３は、ホット電極３０の頭部３０ｂに嵌め込まれている。この導電リング３３を介してホット電極３０がパイプ３２と導通し、ひいてはパルス電源装置ＰＳと導通している。
【００２９】
ノズルヘッド１には、プラズマを形成するための処理ガス供給機構が設けられている。すなわち、図１及び図２に示すように、ヘッド本体１０のキャップ１２の上面には、ガス入口ポート１２ａが形成され、このインレットポート１２ａにガス供給管ＧＰを介してＣＦ₄等の処理ガスの供給源ＧＳが接続されている。キャップ１２内には、インレットポート１２ａから延びるガス供給路１２ｂが形成されている。絶縁ホルダ２０のホルダ２２，２１には、上記路１２ｂに連なるガス供給路２２ｂ，２１ｄが縦に延びるようにして形成されている。図１及び図３に示すように、メインホルダ２１のガス供給路２１ｄは、下端部において径方向内側へ向けて延びている。一方、ホルダ２１の下側孔部２１ｃの内周面には、浅い環状凹部２１ｅ（環状空間）が形成されている。この環状凹部２１ｅの周方向の一箇所に、上記ガス供給路２１ｃが連なっている。環状凹部２１ｄの内周側開口は、上記短パイプ２５によって塞がれている。環状凹部２１ｅは、上記円筒空間１ｂ及びプラズマ空間１ａと同軸Ｌをなすとともにこれら空間１ａ，１ｂより大径をなしている。
【００３０】
短パイプ２５には、周方向に等間隔ごとに離れて４つ（複数）の旋回導孔２５ａが穿設され、これら旋回導孔２５ａを介して環状凹部２１ｄとパイプ２５内の円筒空間１ｂひいてはプラズマ化空間１ａとが連通されている。各旋回導孔２５ａは、上記ガス供給路２１ｄ，２２ｂ，１２ｂより十分に細くなっている。旋回導孔２５ａは、環状凹部２１ｄから円筒空間１ｂへ向けて、空間１ｂ，１ａのほぼ接線に沿うようにして径方向に対して斜めに延び、しかも、空間１ｂに向かうにしたがって下側へ傾いている。
環状凹部２１ｄと旋回導孔２５ａとによって特許請求の範囲の「旋回流形成機構」が構成されている。
【００３１】
プラズマ化空間１ａの下端部は、ノズル部５０のノズル孔５２ｂに連なっている。詳述すると、ノズル部５０は、導電性金属（例えばステンレス）からなる円盤形状のアウターノズルピース５１と、このアウターノズルピース５１の上面凹部５１ａにセットされた絶縁性材料（例えばポリテトラフルオロエチレン）からなる小円盤形状のインナーノズルピース５２とを有している。アウターノズルピース５１が、ヘッド本体１０のロアボディ１３の下面にボルト６２（図６及び図８）によって固定されている。このピース５１とロアボディ１３との間に、インナーノズルピース５２が正姿勢を保つようにして挟まれている。アウターノズルピース５１の下面は、上記テーブルＴＢにセットされた基板Ｗから微小距離だけ上に離間して配されている。
【００３２】
インナーノズルピース５２の上面には、下方へ向かうにしたがって縮径する円錐形状の凹部５２ａが形成されている。この凹部５２ａ内とホット電極３０の下端部との空間に、上記プラズマ化空間１ａが連なっている。インナーノズルピース５２の下面中央部は、下方へ向けて錐状に突出している。この突出部分５２ｃに円錐状凹部５２ａの下端が臨むとともに、この凹部５２ａの下端からノズル孔５２ｂが延び、ノズルピース５２の下面へ貫通している。図５に示すように、ノズル孔５２ｂは、長円形状をなしている。ノズル孔５２ｂの下端開口周縁は、上記錐状突出部分５２ｃの周面と交差することにより、エッジを構成している。アウターノズルピース５１の中央部には、錐状突出部分５２ｃが挿入される錐状孔部５１ｂが形成されている。
【００３３】
ノズルヘッド１には、更に、排気機構が形成されている。詳述すると、図４及び図５に示すように、上記アウターノズルピース５１の錐状孔部５１ｂの内周面とインナーノズルピース５２の錐状突出部分５２ｃの外周面とよって、ノズル孔５２ｂを囲む吸込み孔５０ａが形成されている。図４及び図６に示すように、吸込み孔５０ａは、ノズルピース５１，５２どうしの間の平面視円形状の隙間５０ｂを介し、ロアボディ１３の下面に形成された円形ピット１３ａに連なっている。ロアボディ１３とメインホルダ２１とインターナルホルダ２２には、円形ピット１３ａから上へ延びる２本（複数）の第１吸込み路１３ｂ，２１ｆ，２２ｃが周方向に１８０度離れて形成されている。
【００３４】
図７に示すように、インターナルホルダ２２の外周面には、ほぼ半周にわたる凹部２２ｄ（連絡路）が形成されている。半円状凹部２２ｄは、内部のガス圧を均一化可能な程度に十分な容積を有している。この半円状凹部２２ｄの周方向の両端部に、上記２本の第１吸込み路２２ｃがそれぞれ連なっている。図７及び図８に示すように、インターナルホルダ２２とキャップ１２には、半円状凹部２２ｄの周方向の中間部から延びる１本（単一）の第２吸込み路２２ｅ，１２ｃが形成されている。第２吸込み路１２ｃは、キャップ１２の上面に開口して、吸込みポート１２ｄを形成している。吸込みポート１２ｄには、排気管ＥＰを介して排気ポンプＶＰ（吸込み手段）が接続されている。
【００３５】
ノズルヘッド１には、電極３０，４０のための冷却機構が設けられている。詳述すると、図９に示すように、軸線Ｌに沿うパイプ３２の上端部（外出端）には、水等の冷媒の供給源ＣＳから延びる冷媒供給管ＣＰが接続されている。これによって、筒状ホット電極３０の内周とパイプ３２との間の筒状空間３０ｃが、パイプ３２の内部通路及び管ＣＰを介して冷媒供給源ＣＳに連なっている。
パイプ３２におけるホット電極３０への挿入部分の内部通路と、筒状空間３０ｃとによってホット電極冷却路１ｃ（内部電極冷却路）が構成されている。
パイプ３２におけるホット電極３０より上側の内部通路は、特許請求の範囲の「内部電極冷却路の他端を外部に連ねる外部連通路」を構成している。
【００３６】
一方、図９及び図１０に示すように、ロアボディ１３の内周面とアース電極４０の外周面との間には、環状のアース電極冷却路１ｄが形成されている。上記筒状空間３０ｃの上端部とアース電極冷却路１ｄの周方向の一箇所とが（内外の電極冷却路１ｃ，１ｄの一端どうしが）、ホット電極頭部３０ｂとメインホルダ２１とロアボディ１３とに連続形成された内部連通路３０ｄ，２１ｇ，１３ｃを介して連なっている。
【００３７】
ロアボディ１３とホルダ２１，２２とキャップ１２には、環状アース電極冷却路１ｄにおける内部連通路１３ｃとは１８０度逆側の位置（他端）から延びる外部連通路１３ｄ，２１ｈ，２２ｆ，１２ｅが連続形成されている。外部連通路１２ｅは、キャップ１２の上面に開口して冷媒排出ポート１２ｆ（外出端）を構成している。このポート１２ｆから冷媒排出管ＤＰ（冷媒排出路）が延びている。なお、ポート１２ｆに冷媒供給管ＣＰを介して冷媒供給源ＣＳを接続し、パイプ３２の上端を冷媒排出管ＤＰに接続することにしてもよい。排出管ＤＰからの冷媒を除熱手段を経由させる等して冷媒供給源ＣＳへ戻すようにしてもよい。
【００３８】
上記のように構成されたプラズマ処理装置Ｓ１の動作について説明する。
処理ガス源ＧＳからの処理ガスは、ガス供給管ＧＰを経てノズルヘッド１のガス入口ポート１２ａへ導入される。その後、ノズルヘッド１内部のガス供給路１２ｂ，２２ｂ，２１ｄを経て、環状凹部２１ｅの全周に行き渡る。そして、４つの旋回導孔２５ａから円筒空間１ｂへ導出される。これによって、円筒空間１ｂひいてはプラズマ化空間１ａの周方向に周りながら下降する螺旋状の旋回流を形成することができる。旋回導孔２５ａが細くなっているため、旋回流の勢いを十分に大きくすることができる。
【００３９】
一方、パルス電源装置ＰＳからパルス電圧を出力する。パルスの立上がり時間及び／又は立下り時間は、１０μｓ以下、電界強度は１０〜１０００ｋＶ／ｃｍであることが望ましい。このパルス電圧が、給電線ＰＬ、パイプ３２、リング３３を順次介してホット電極３０に印加され、電極３０，４０間、すなわちプラズマ化空間１ａにパルス電界が形成される。これによって、空間１ａ内でグロー放電が起き、上記処理ガスがプラズマ化される。この処理ガスは空間１ａの周方向に旋回しているため、電界中での通過距離を長くすることができ、高密度にプラズマ化することができる。この高密度プラズマガスが、ノズル部５０の円錐状凹部５２ａで収斂された後、ノズル孔５２ｂから噴射される。そして、基板Ｗに吹き付けられることにより、エッチング等の所望の表面処理を行なうことができる。吹き付けられるプラズマが高密度になっているので、十分な処理強度と処理速度を得ることができる。
また、ホット電極３０の下端部がアース電極４０より突出してテーブルＴＢに近接しているので、ホット電極３０とテーブルＴＢとの間に垂直電界を形成して、そこでもプラズマを発生させることができ、基板Ｗの表面処理を一層効率化することができる。
【００４０】
上記の表面処理と併行して、排気ポンプＶＰを駆動する。これによって、吹付け後の処理ガスや反応生成ガス等からなる排ガスが、ノズル孔５２ｂの周囲の吸込み孔５０ａからノズルヘッド１内に吸い込まれる。これによって、処理済みの基板Ｗが排ガスで悪影響を受けるのを防止することができる。吸込み孔５０ａから吸い込まれた排ガスは、隙間５０ｂ及び円形ピット１３ａを経て、２本の第１吸込み路１３ｂ，２１ｆに沿って上昇し、半円状凹部２２ｄの両端部に至る。この半円状凹部２２ｄ内でガス圧を均一化できる。その後、排ガスは、半円状凹部２２ｄの中間から延びる１本の第２吸込み路２２ｅ，１２ｃに吸い込まれる。これによって半円状凹部２２ｄの両側部ひいては２本の第１吸込み路１３ｂ，２１ｆ内を均等に吸い込むことができ、ひいては、ノズル孔５２ｂの周りを周方向に均等に吸い込むことができ、排ガスによる悪影響を一層確実に防止することができる。第２吸込み路２２ｅ，１２ｃ内に吸い込また排ガスは、その後吸込みポート１２ｄから出され、排気管ＥＰを介して排気ポンプＶＰから排気される。
【００４１】
更に、冷媒供給源ＣＳから管ＣＰを介して冷媒をパイプ３２内に送る。この冷媒は、パイプ３２に沿って下降し、パイプ３２の下端からホット電極３０の内低部へ導出される。その後、ホット電極本体３０ａの内周とパイプ３２との間の筒状空間３０ｃを上昇する。この時、ホット電極本体３０ａを冷却することができる。上記筒状空間３０ｃの上端部に達した冷媒は、内部連通路３０ｄ，２１ｇ，１３ｃに導かれて、ロアボディ１３とアース電極４０との間の環状冷却路１ｄにおける周方向の一端部へ至る。ここで冷媒は、環状冷却路１ｄの時計回りと反時計回りとの２手に分岐してそれぞれ環状冷却路１ｄを半周する。この時、アース電極４０を冷却することができる。その後、冷媒は、環状冷却路１ｄにおける周方向の他端部で合流し、外部連通路１３ｄ，２１ｈ，２２ｆ，１２ｅを経て、冷媒排出ポート１２ｆから出され、更に、冷媒排出管ＤＰを通って排出される。この電極冷却機構によれば、冷媒を１つの経路に沿って流しながら電極３０，４０を順次冷却することができ、冷媒供給管ＣＰ及び冷媒排出管ＤＰがそれぞれ１本で済み、配管構成を簡略化できる。
更に、ノズルヘッド１においては、各種の管ＧＰ，ＣＰ，ＤＰや配線ＰＬが、キャップ１２の上側にまとめられているので、接続作業や接続状態の確認を容易に行なうことができる。また、外観をすっきりさせることができる。
【００４２】
次に、本発明の第２実施形態を図１２にしたがって説明する。
この実施形態では、ノズル部５０における吸込み口５０ａより径方向外側に、カーテンガス導入口５０ｘが形成されている。この導入口５０ｘに、カーテンガス供給源が連ねられている。この供給源から不活性ガス等のカーテンガスを導入口５０ｘへ導入して下方へ吹き出すことにより、吸込み口５０ａひいてはノズル孔５２ｂの周囲を囲むガスカーテンを形成することができる。これによって、基板Ｗの処理部分を局所的に周りの環境から遮断することができる。カーテンガスは処理後の排ガスと一緒に吸込み口５０ａから吸込まれて排出される。
【００４３】
【実施例】
本発明の実施例を説明する。なお、本発明が該実施例に限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４４】
図１２に示す装置を用い、水晶ウェーハ上に櫛型アルミニウム電極をプリントしたＳＡＷフィルタをエッチングした。１チップの大きさは、１ｍｍ×１０ｍｍとし、隣接するチップとのクリアランスは０．５ｍｍとした。
内側のホット電極３０は、外径８ｍｍφ×２４ｍｍＬの銅製円筒電極を用い、内部に６．５ｍｍφの銅製のパイプ３２を挿入、配置した。外側のアース電極４０は、内径１２ｍｍφ×２４ｍｍＬの銅製円筒電極を用いた。したがって、電極３０，４０間の距離は２ｍｍとなった。これら電極３０，４０の互いの対向面には、０．５ｍｍｔのチタン酸バリウム及び０．５ｍｍｔのアルミナを順次溶射してなる固体誘電体層３１，４１をそれぞれ被膜した。装置全体において、電極間の絶縁材、処理ガス導入部材、締結ボルト等として、ポリテトラフルオロエチレン樹脂を用い、冷媒及び処理ガスのシールは耐熱性・耐食性に優れたフッ素系ゴムのＯリングを用いた。ノズル部５０は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）固体誘電体製を用い、２．５×５．５ｍｍのノズル孔を形成し、ホット電極３０との間隔を１ｍｍに設定した。
局所排気機構として上記電極ひいてはノズル孔の外側に１ｍｍスリット状の吸込み孔５０ａを形成し、基材近傍の圧力が一定になるように吸込み排気量をコントロールバルブで制御した。さらにその外側にガスカーテン機構の不活性ガス導入口５０ｘを設け、これに１００ｓｓｃｍｎｏ窒素ガスを導入した。
処理ガスは、ＣＦ₄が１００ｓｃｃｍ、Ｏ₂ガスが２０ｓｃｃｍ、アルゴンガスが２００ｓｃｃｍの混合ガスを用いた。電極の冷却水（冷媒）は、３０℃に温調設定し、循環量は８Ｌ／ｍｉｎとした。
【００４５】
電極間にパルス立上がり時間５μｓ、電圧１４ｋＶ_pp、周波数９．８ｋＨｚのパルス電界を印加し、プラズマを生成して基材上に吹き付け、エッチングした。そして、ＳＡＷ周波数が小さくなっていくのを見ながら目標値になった時点で処理を終了した。ウェーハ上のすべてのチップを同一条件で処理した後、プローバとネットワークアナライザによって周波数を測定し、ＰＣ等の処理装置に記憶させ、変換ソフトにより処理条件データ（時間、周波数、電圧）に変換した後のデータを装置に送信し、ウェーハの処理前条件との差によりその効果を確認した。その結果、エッチングレートは、９０Å／ｍｉｎであった。また、周波数初期値８６．５ＭＨｚの全チップのうちいくつかのチップだけを８５．２ＭＨｚに処理調節して、そのチップに隣接する８個のチップの周波数を測定したところ、初期値が変化していないことが確認できた。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、処理ガスをプラズマ化空間で旋回させることによって高密度プラズマを得ることができ、処理強度及び処理速度を大きく向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置におけるノズルヘッドの縦断面図である。
【図２】上記ノズルヘッドの平面図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う上記ノズルヘッドの平面断面図である。
【図４】図２のIV−IV線に沿う上記ノズルヘッドの縦断面図である。
【図５】図４のV−V線に沿う上記ノズルヘッドの底面拡大図である。
【図６】図４のVI−VI線に沿う上記ノズルヘッドの底面断面図である。
【図７】図４のVII−VII線に沿う上記ノズルヘッドの平面断面図である。
【図８】図２のVIII−VIII線に沿う上記ノズルヘッドの縦断面図である。
【図９】図２のIX−IX線に沿う上記ノズルヘッドの縦断面図である。
【図１０】図９のX−X線に沿う上記ノズルヘッドの底面断面図である。
【図１１】（ａ）本発明の第１実施形態に係るプラズマ処理装置の平面図である。
（ｂ）上記プラズマ処理装置の正面図である。
（ｃ）上記プラズマ処理装置の側面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るプラズマ処理装置のノズルヘッドの概略構成を示す縦断面図である。
【符号の説明】
Ｓ１プラズマ処理装置
ＰＳパルス電源装置（電界印加手段）
ＧＳ処理ガス源
ＣＳ冷媒供給源
ＤＰ冷媒排出管（冷媒排出路）
ＶＰ排気ポンプ（吸込み手段）
１ノズルヘッド
１ａプラズマ化空間
１ｃホット電極冷却路（内側電極冷却路）
１ｄアース電極冷却路（外側電極冷却路）
１０ヘッド本体
１２ｂ，２２ｂ，２１ｄガス供給路
１２ｆ冷媒排出ポート（他方の外部連通路の外出端）
１３ロアボディ（先端ボディ）
１３ｃ先端ボディ側内部通路
１３ｂ，２１ｆ，２２ｃ第１吸込み路
１３ｃ，２１ｇ，３０ｄ内外の電極冷却路の内部連通路
１３ｄ，２１ｈ，２２ｆ，１２ｅ外部連通路
２０絶縁ホルダ
２１ｅ環状凹部（環状空間、旋回流形成機構）
２１ｇ絶縁ホルダ側内部連通路
２２ｄ半円状凹部（複数の第１吸込み路の連絡路）
２２ｅ，１２ｃ第２吸込み路
２５ａ旋回導孔（旋回流形成機構）
３０ホット電極（内側電極）
３０ｄ内側電極の基端部の開口
３２パイプ（内側電極冷却路の一部及び外部連通路）
４０アース電極（外側電極）
５０ノズル部
５０ａ吸込み孔
５２ｂノズル孔[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus, and in particular, generates plasma by glow discharge under normal pressure and sprays it on the object to be processed, forming a thin film, etching, surface modification, organic contaminant removal, water repellency or hydrophilization The present invention relates to an apparatus suitable for performing surface treatment such as the above.
[0002]
[Prior art]
The surface treatment with glow discharge plasma is generally performed under low pressure. However, a large-capacity exhaust device that evacuates the vacuum chamber and the inside thereof is necessary and expensive. Therefore, various devices that can be performed under normal pressure have been developed (see JP-A-6-2149, JP-A-7-85997, JP-A-11-251304, JP-A-11-260597, etc.). ). For example, according to the apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-251304, the electrode structure is configured in a concentric cylindrical shape with a cylindrical outer electrode and an inner electrode arranged along the axis thereof, and between these electrodes. A processing gas is introduced into plasma and sprayed on the object to be processed to perform local surface treatment.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the atmospheric pressure plasma processing apparatus such as the above-mentioned publication, it is difficult to obtain a high-density plasma because the processing gas can be converted into plasma only within a short time when the processing gas flows between the electrodes, and the processing strength and processing speed are improved. There was room for.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, a plasma processing apparatus according to the present invention is formed between an inner electrode extending in a shaft shape, a cylindrical outer electrode surrounding the inner electrode coaxially therewith, and the electrodes. Gas supply means for supplying a processing gas to the cylindrical plasma space (activation space) from the base end side in the axial direction, and applying an electric field between the electrodes to cause glow discharge or the like, for example. An electric field applying means for converting the processing gas from the gas supply means into plasma in the cylindrical space (including not only an ion state but also a radical state), and a processing gas after being converted to plasma, disposed on the front end side of the plasmaization space A nozzle section that blows out toward the object to be processed, and the gas supply means is disposed on the gas supply path connected to the processing gas source and on the base end side of the plasmatization space, and is connected to the gas supply path. Processing The scan is characterized by having a swirling flow mechanism to direct to the nozzle portion while swirling in the circumferential direction of the plasma space (swirling flow forming means). As a result, the processing gas can be made into plasma with high density, and a sufficiently large processing strength and processing speed can be obtained.
[0005]
The swirl flow forming mechanism is connected to the gas supply path, is coaxial with the plasma space, and has a larger diameter than the annular space, and extends from the annular space toward the plasma space and is mutually circumferential in the annular space. The swirl flow forming path having a plurality of swirl guide holes arranged at a distance from each other, each swirl guide hole being substantially along the tangent line of the plasma formation space and inclined toward the tip side toward the plasma formation space, and the gas It is desirable to be thinner than the supply path. As a result, a spiral and high-speed swirl flow can be reliably formed. As the swirl flow forming path, a spiral guide hole that is coaxial with the plasma space may be provided. The swirling flow forming mechanism may be constituted by a rotating blade and a driving means for rotating the rotating blade in addition to the swirling flow forming path as described above.
[0006]
The plasma processing apparatus of the present invention preferably includes a nozzle head. The head body constituting the housing of the nozzle head is loaded with an insulating holder and accommodates and supports the outer electrode on the distal end side, and further includes the nozzle portion on the distal end side. The proximal end portion of the inner electrode is supported by the insulating holder, and the distal end portion protrudes from the insulating holder and is inserted into the outer electrode, and the insulating holder includes a part or all of the gas supply path. An annular space and a swivel guide hole are formed. Thus, the inner and outer electrodes can be stably held while being reliably insulated.
[0007]
It is desirable that the head main body is made of a conductor, is electrically connected to the outer electrode and grounded, and a base end portion of the inner electrode is connected to the voltage applying unit. As a result, the electrodes can be easily electrically connected and grounded.
[0008]
An inner electrode cooling path is formed inside the inner electrode from the proximal end side to the distal end side and then back to the proximal end side. Between the outer peripheral surface of the outer electrode and the head body, an annular outer side is formed. An electrode cooling path is formed, and one ends of the inner and outer electrode cooling paths communicate with each other through the internal communication path formed in the insulating holder and the head body, and the other end is connected to the insulating holder or the head body, respectively. It is discharged to the outside of the nozzle head through the formed external communication path, one of these external communication paths is connected to a cooling supply source for electrode cooling, and the other outlet is connected to a refrigerant discharge path or a refrigerant supply. A return path to the source is preferably connected. Thus, the inner and outer electrodes can be sequentially cooled while flowing the refrigerant along one path. Further, the nozzle head only needs to have one in and out port for the refrigerant, and the piping configuration connected to these ports can be simplified.
[0009]
A suction hole is formed in the nozzle portion so as to surround a nozzle hole that blows out the processing gas, and the insulating holder or the head body has a plurality of holes extending from positions separated from each other in the circumferential direction to the proximal end side in the suction hole. A first suction path, a communication path that connects these first suction paths to equalize pressure, and a single second suction path that extends from a position where the plurality of first suction paths in the communication path can be sucked uniformly. It is desirable that the second suction path is connected to the suction means through the nozzle head. As a result, the suction path is effectively arranged in a limited space in the nozzle head, and the circumference of the nozzle hole can be evenly sucked in the circumferential direction, ensuring that the treated object is adversely affected by the exhaust gas. Can be prevented.
[0010]
At the base end portion of the nozzle head, each of the connection portions (that is, the connection portion between the gas supply path and the processing gas source, the connection portion between the inner electrode and the voltage applying means, one of the outer communication ends and the refrigerant) A connection portion with the supply source, a connection portion between the outside end of the other external communication passage and the refrigerant discharge passage or the return passage to the refrigerant supply source, and a connection portion between the second suction passage and the suction means). It is desirable. Thereby, it is possible to easily check the connection work and the connection state. In addition, the appearance can be refreshed.
[0011]
In the present invention, an electric field such as a high-frequency electric field or a pulsed electric field is applied between the electrodes to generate plasma. Among them, it is preferable to apply a pulse electric field, and in particular, a pulse rise and / or fall time is The thing of 10 microseconds or less is preferable. If it exceeds 10 μs, the discharge state tends to shift to an arc and becomes unstable, and it becomes difficult to maintain a high-density plasma state. Also, the shorter the rise time and fall time, the more efficiently ionization of the gas during plasma generation, but it is actually difficult to realize a pulsed electric field with a rise time of less than 40 ns. More preferably, it is 50 ns to 5 μs. The rise time here refers to the time during which the voltage (absolute value) increases continuously, and the fall time refers to the time during which the voltage (absolute value) decreases continuously.
[0012]
The electric field strength of the pulse electric field is preferably 10 to 1000 kV / cm, and more preferably 15 to 1000 kV / cm. If the electric field strength is less than 10 kV / cm, the process takes too much time, and if it exceeds 1000 kV / cm, arc discharge tends to occur.
The frequency of the pulse electric field is preferably 0.5 kHz or more. If it is less than 0.5 kHz, the plasma density is low and the processing takes too much time. The upper limit is not particularly limited, but it may be a high frequency band such as 13.56 MHz that is commonly used and 500 MHz that is used experimentally. In consideration of ease of matching with the load and handleability, 500 kHz or less is preferable. By applying such a pulse electric field, the processing speed can be greatly improved.
The duration of one pulse in the pulse electric field is preferably 200 μs or less. When it exceeds 200 μs, it becomes easy to shift to arc discharge. Here, one pulse duration means a continuous ON time of one pulse in a pulse electric field composed of repetition of ON and OFF.
[0013]
The plasma processing apparatus of the present invention can be used under any pressure, but the effect can be sufficiently exerted particularly when used under a pressure near atmospheric pressure (under normal pressure). The pressure near atmospheric pressure is 1.333 × 10^Four~ 10.664 × 10^FourIt refers to the range of Pa. Among them, 9.331 × 10^Four~ 10.397 × 10^FourThe range of Pa is preferable because pressure adjustment is easy and the apparatus is simple. Under pressures near atmospheric pressure, except for certain gases such as helium and ketones, it is known that the plasma state is not maintained stably and is likely to shift to arc discharge, but the applied electric field is made pulsed. Thus, the discharge can be stopped before the transition to the arc discharge.
According to the above-mentioned atmospheric pressure discharge plasma processing apparatus using a pulsed electric field, it is possible to cause discharge at atmospheric pressure between electrodes without depending on the gas type at all, and the electrode structure and discharge procedure can be simplified, and high speed Processing can be realized.
[0014]
The substrate to be treated (object to be treated) that can be treated in the present invention is polyethylene, polypropylene, polystyrene, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polytetrafluoroethylene, polyimide, liquid crystal polymer, epoxy resin, acrylic resin and other plastics, glass, ceramic, Metal etc. are mentioned. Examples of the shape of the substrate include, but are not limited to, a plate shape and a film shape. In particular, when etching is performed, semiconductor wafers such as silicon wafers, GaAs wafers, and InP wafers, various insulating films, metal thin films, SAW filters, and the like are also targeted for processing.
[0015]
The processing gas used in the present invention is not particularly limited as long as it is a gas that generates plasma by applying an electric field, and various gases can be used depending on the processing purpose. According to the apparatus of the present invention, it is possible to generate glow discharge plasma regardless of the type of gas present in the plasma generation space, and in an open system or a low airtight system that prevents free flow of gas. Processing is possible.
CF as processing gas_Four, C₂F₆, CClF_Three, SF₆By using a fluorine-containing compound gas such as, a water-repellent surface can be obtained.
As processing gas, O₂, O_ThreeOxygen-containing compounds such as water, air, N₂, NH_ThreeNitrogen element-containing compounds such as SO₂, SO_ThreeBy using a sulfur element-containing compound such as, a hydrophilic surface such as a carbonyl group, a hydroxyl group, or an amino group can be formed on the surface of the substrate to increase the surface energy and obtain a hydrophilic surface. Alternatively, the hydrophilic polymer film can be coated with a polymerizable monomer having a hydrophilic group such as acrylic acid or methacrylic acid.
By using a processing gas such as metal metal-hydrogen compounds, metal-halogen compounds, metal alcoholates such as Si, Ti, Sn, etc., SiO₂TiO₂, SnO₂A metal oxide thin film can be formed, and electrical and optical functions can be imparted to the substrate surface.
Furthermore, etching or dicing is performed using a halogen-based gas, resist processing or organic contamination removal is performed using an oxygen-based gas, or surface cleaning or surface modification is performed using an inert gas such as argon or nitrogen. You can also do quality.
[0016]
In particular, examples of the etching process gas include halogen gases such as chlorine gas, bromine gas, and fluorine gas, and halogen compound gas containing halogen and carbon, or halogen and hydrogen. As the halogen compound gas, for example, CF_Four, CCl_ThreeF_Three, SF₆, HCl and the like. Since reactive gases such as oxygen may act directly or catalytically on the etching with halogen-based gases to enhance the effect, even if the halogen compound gas is diluted with a general-purpose gas such as oxygen or air Good.
The apparatus of the present invention is particularly effective for an etching process using a halogen-based gas because a high-density plasma of a process gas can be locally sprayed on a substrate to be processed. When performing the dry etching treatment, the substrate to be treated may be heated or cooled. The temperature is preferably 80 to 400 ° C.
[0017]
From the viewpoint of economy and safety, it is desirable to perform the treatment in an atmosphere diluted with a diluent gas listed below, rather than the atmosphere alone. Examples of the diluent gas include rare gases such as helium, neon, argon, and xenon, nitrogen gas, and the like. These may be used alone or in admixture of two or more. When the dilution gas is used, the ratio of the processing gas is preferably 0.01 to 10% by volume.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 11 shows the plasma processing apparatus S1 according to the first embodiment of the present invention. The plasma processing apparatus S1 includes a gantry ST, a housing HS installed on the gantry ST, a moving mechanism TR provided in the housing HS, and a nozzle head 1 attached on the housing HS. . After the substrate W (object to be processed) shown in FIG. 1 is set on the table TB on the moving mechanism TR, the table TB is moved directly below the nozzle head 1, whereby surface treatment such as etching is performed on the substrate W. It is to be given. The box BX near the pedestal ST accommodates a pulse power supply PS described later, a vaporizer (not shown) for adding a predetermined amount of water vapor to the processing gas, and the like.
The moving mechanism TR can adjust the position of the table TB and thus the substrate W in the three directions of XYZ. However, a mechanism that can adjust the position of the table in only the two directions of XY may be used. When the object to be processed is in the form of a film, it is preferable to use a transport system composed of a feeding roll and a take-up roll in place of the moving mechanism TR. It is preferable to use a transport system such as
[0019]
The nozzle head 1 will be described in detail.
As shown in FIGS. 1 and 2, the nozzle head 1 includes a head main body 10 constituting a housing and an insulating holder 20 loaded in the head main body 10. A pair of coaxial cylindrical electrodes 30 and 40 are accommodated and supported inside the head body 10 and the insulating holder 20.
[0020]
More specifically, the head body 10 includes a cylindrical center body 11 with the axis L oriented vertically, and a hollow disk-shaped cap 12 that is overlapped with a flange 11a at the upper end (base end) of the center body 11. The lower body 13 has a slightly small-diameter cylindrical lower body 13 connected to the lower end (tip) of the center body 11, and has a three-stage cylindrical shape with a smaller diameter at the lower level. Each body 11-13 is comprised with the electroconductive material (for example, stainless steel).
[0021]
The center body 11 is fitted in the accommodation hole HSa formed in the upper plate portion of the housing HS. The upper end flange 11a and the cap 12 of the center body 11 are fixed to the housing HS with bolts 60.
A nozzle portion 50 is attached to the lower end portion of the lower body 13. The detailed structure of the nozzle unit 50 will be described in the processing gas supply mechanism described later.
[0022]
The insulating holder 20 includes a hollow circular block-shaped main holder 21, a lower large-diameter short cylindrical shape and an upper small-diameter long cylindrical internal holder 22 mounted on the main holder 21, and an upper length of the internal holder 22. And an elongated cylindrical top holder 23 inserted into the cylinder. These holders 21 to 23 are made of an insulating material (for example, polytetrafluoroethylene). The main holder 21 is accommodated in the lower part of the center body 11 and is placed on the lower body 13 and connected to the lower body 13 by bolts 61 (FIGS. 3 and 8). The lower large-diameter short cylinder portion of the internal holder 22 is accommodated in the upper portion of the center body 11. Between the outer periphery of the main and internal holders 21 and 22 and the inner periphery of the center body 11, a cylindrical liner ring 24 made of an insulating material similar to the holders 21 to 23 is sandwiched.
[0023]
The electrode structure of the nozzle head 1 will be described.
The ground electrode 40 (outer electrode) is mounted in the lower body 13 of the head body 10. The ground electrode 40 has a cylindrical shape coaxial with the axis L of the nozzle head 1, and a solid dielectric layer 41 is coated on the inner peripheral surface thereof. As a material of the ground electrode 40, a simple metal such as copper or aluminum, an alloy such as stainless steel or brass, an intermetallic compound, or the like can be used.
[0024]
The thickness of the solid dielectric layer 41 is preferably 0.01 to 4 mm. If it is too thick, a high voltage may be required to generate discharge plasma, and if it is too thin, dielectric breakdown may occur when a voltage is applied, and arc discharge may occur.
Examples of the material of the solid dielectric layer 41 include metal oxides such as aluminum oxide, zirconium dioxide and titanium dioxide, double oxides such as barium titanate, plastics such as polytetrafluoroethylene and polyethylene terephthalate, glass and silicon dioxide. Etc. can be used. In particular, when a dielectric constant of 7 or preferably 10 or more in a 25 ° C. environment is used, a high-density discharge plasma can be generated at a low voltage, and the processing efficiency is improved. The upper limit of the relative dielectric constant is not particularly limited, but actual materials having about 18,500 are available and can be used in the present invention. Particularly preferred is a solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 to 100. Specific examples of the solid dielectric having a relative dielectric constant of 10 or more include metal oxides such as zirconium dioxide and titanium dioxide, and double oxides such as barium titanate.
[0025]
The ground electrode 40 is in contact with the lower body 13 and is electrically connected. As a result, the earth electrode 40 is electrically connected to the center body 11 and further to the housing HS. By grounding the housing HS, the ground electrode 40 is grounded via the bodies 11 and 13.
[0026]
The hot electrode 30 (inner electrode) is supported by the insulating holder 20 while being insulated from the ground electrode 40 and the head body 10. The material of the hot electrode 30 is the same as that of the ground electrode 40. The hot electrode 30 integrally has a large-diameter annular head portion 30b and a bottomed cylindrical electrode body 30a extending downward therefrom, and is arranged along the axis L. The head 30 b is fitted into the large-diameter central hole 21 a on the upper side of the main holder 21 and is sandwiched from above and below by the internal holder 22 and the main holder 21.
[0027]
A solid dielectric layer 31 similar to the layer 41 is coated on the outer surface (circumferential surface and bottom surface) of the electrode body 30a.
The electrode body 30 a passes through the small-diameter central hole 21 b of the main holder 21, extends downward from the main holder 21, and is inserted into the ground electrode 40. The lower end portion of the hot electrode main body 30a slightly enters a conical concave portion 52a of a nozzle piece 52, which will be described later, and protrudes downward from the ground electrode 40 by this amount. Between the hot electrode body 30a and the ground electrode 40, a cylindrical plasma space 1a is formed.
A short pipe 25 having a circular cross section made of an insulating material such as polytetrafluoroethylene is fitted into the inner circumference of the large-diameter central hole 21c on the lower side of the main holder 21. A cylindrical space 1b is formed between the inner periphery of the short pipe 25 and the hot electrode main body 30a, and the plasmified space 1a is connected straight below the cylindrical space 1b.
[0028]
A pipe 32 made of a conductive metal is inserted into the vertical hole 23 a of the top holder 23 of the insulating holder 20 along the axis of the nozzle head 1. A pulse power supply device PS (electric field applying means) is connected to a portion of the pipe 32 extending above the top holder 23 via a feeder line PL. The lower end of the pipe 32 is inserted into the electrode body 30a of the hot electrode 30 and reaches the vicinity of the inner bottom surface of the electrode body 30a. A conductive ring 33 made of a conductive metal such as Hastelloy (trademark of Mitsubishi Materials) is attached to an intermediate portion of the pipe 32. The conductive ring 33 is fitted into the head 30 b of the hot electrode 30. The hot electrode 30 is electrically connected to the pipe 32 via the conductive ring 33, and consequently is electrically connected to the pulse power supply device PS.
[0029]
The nozzle head 1 is provided with a processing gas supply mechanism for forming plasma. That is, as shown in FIGS. 1 and 2, a gas inlet port 12a is formed on the upper surface of the cap 12 of the head main body 10, and CF is connected to the inlet port 12a via a gas supply pipe GP._FourA processing gas supply source GS such as is connected. A gas supply path 12b extending from the inlet port 12a is formed in the cap 12. Gas supply paths 22b and 21d connected to the path 12b are formed in the holders 22 and 21 of the insulating holder 20 so as to extend vertically. As shown in FIGS. 1 and 3, the gas supply path 21d of the main holder 21 extends radially inward at the lower end. On the other hand, a shallow annular recess 21e (annular space) is formed on the inner peripheral surface of the lower hole 21c of the holder 21. The gas supply path 21c is connected to one place in the circumferential direction of the annular recess 21e. The inner circumferential side opening of the annular recess 21 d is closed by the short pipe 25. The annular recess 21e is coaxial with the cylindrical space 1b and the plasma space 1a and has a larger diameter than the spaces 1a and 1b.
[0030]
The short pipe 25 is provided with four (a plurality of) turning guide holes 25a that are spaced apart at equal intervals in the circumferential direction, and the annular recess 21d and the cylindrical space 1b in the pipe 25 and thus the cylindrical space 1b through the turning guide holes 25a. The plasma space 1a is in communication. Each turning guide hole 25a is sufficiently thinner than the gas supply paths 21d, 22b, 12b. The turning guide hole 25a extends obliquely with respect to the radial direction from the annular recess 21d toward the cylindrical space 1b so as to substantially follow the tangent lines of the spaces 1b and 1a, and further tilts downward toward the space 1b. ing.
The annular recess 21d and the swirl guide hole 25a constitute the “swirl flow forming mechanism” recited in the claims.
[0031]
The lower end portion of the plasmified space 1 a is continuous with the nozzle hole 52 b of the nozzle portion 50. More specifically, the nozzle portion 50 includes a disk-shaped outer nozzle piece 51 made of a conductive metal (for example, stainless steel) and an insulating material (for example, polytetrafluoroethylene) set in the upper surface recess 51a of the outer nozzle piece 51. And an inner nozzle piece 52 having a small disk shape. The outer nozzle piece 51 is fixed to the lower surface of the lower body 13 of the head body 10 with bolts 62 (FIGS. 6 and 8). The inner nozzle piece 52 is sandwiched between the piece 51 and the lower body 13 so as to maintain a normal posture. The lower surface of the outer nozzle piece 51 is spaced apart from the substrate W set on the table TB by a minute distance.
[0032]
On the upper surface of the inner nozzle piece 52, a conical recess 52a having a reduced diameter as it goes downward is formed. In the space between the recess 52 a and the lower end of the hot electrode 30, the plasmaization space 1 a is continuous. The center part of the lower surface of the inner nozzle piece 52 protrudes in a conical shape downward. The lower end of the conical recess 52a faces the protruding portion 52c, and the nozzle hole 52b extends from the lower end of the recess 52a and penetrates the lower surface of the nozzle piece 52. As shown in FIG. 5, the nozzle hole 52b has an oval shape. The peripheral edge of the lower end opening of the nozzle hole 52b intersects with the peripheral surface of the conical protrusion 52c to form an edge. A conical hole portion 51 b into which the conical protruding portion 52 c is inserted is formed at the center of the outer nozzle piece 51.
[0033]
The nozzle head 1 is further formed with an exhaust mechanism. More specifically, as shown in FIGS. 4 and 5, the nozzle hole 52b is formed by the inner peripheral surface of the conical hole portion 51b of the outer nozzle piece 51 and the outer peripheral surface of the conical protruding portion 52c of the inner nozzle piece 52. An enclosing suction hole 50a is formed. As shown in FIGS. 4 and 6, the suction hole 50 a is continuous with a circular pit 13 a formed on the lower surface of the lower body 13 through a circular gap 50 b in plan view between the nozzle pieces 51 and 52. In the lower body 13, the main holder 21, and the internal holder 22, two (a plurality of) first suction passages 13b, 21f, and 22c extending upward from the circular pit 13a are formed 180 degrees apart in the circumferential direction.
[0034]
As shown in FIG. 7, a recess 22 d (communication path) is formed on the outer peripheral surface of the internal holder 22 over almost a half circumference. The semicircular recess 22d has a volume sufficient to make the internal gas pressure uniform. The two first suction passages 22c are connected to both ends in the circumferential direction of the semicircular recess 22d. As shown in FIGS. 7 and 8, the internal holder 22 and the cap 12 are formed with one (single) second suction passages 22e and 12c extending from the intermediate portion in the circumferential direction of the semicircular recess 22d. Yes. The second suction path 12c is opened on the upper surface of the cap 12 to form a suction port 12d. An exhaust pump VP (suction means) is connected to the suction port 12d through an exhaust pipe EP.
[0035]
The nozzle head 1 is provided with a cooling mechanism for the electrodes 30 and 40. More specifically, as shown in FIG. 9, a refrigerant supply pipe CP extending from a supply source CS of a refrigerant such as water is connected to the upper end portion (outing end) of the pipe 32 along the axis L. Thereby, the cylindrical space 30c between the inner periphery of the cylindrical hot electrode 30 and the pipe 32 is connected to the refrigerant supply source CS via the internal passage of the pipe 32 and the pipe CP.
A hot electrode cooling path 1c (internal electrode cooling path) is configured by the internal passage of the portion of the pipe 32 inserted into the hot electrode 30 and the cylindrical space 30c.
The internal passage above the hot electrode 30 in the pipe 32 constitutes an “external communication passage connecting the other end of the internal electrode cooling passage to the outside” in the claims.
[0036]
On the other hand, as shown in FIGS. 9 and 10, an annular ground electrode cooling path 1 d is formed between the inner peripheral surface of the lower body 13 and the outer peripheral surface of the ground electrode 40. The upper end portion of the cylindrical space 30c and one place in the circumferential direction of the earth electrode cooling path 1d (one end of the inner and outer electrode cooling paths 1c and 1d) are the hot electrode head30bThe main holder 21 and the lower body 13 are connected to each other through internal communication passages 30d, 21g, and 13c.
[0037]
Continuously connected to the lower body 13, the holders 21, 22 and the cap 12 are external communication passages 13d, 21h, 22f and 12e extending from a position (the other end) 180 degrees opposite to the internal communication passage 13c in the annular ground electrode cooling passage 1d. Is formed. The external communication path 12e opens to the upper surface of the cap 12 and constitutes a refrigerant discharge port 12f (outing end). A refrigerant discharge pipe DP (refrigerant discharge path) extends from the port 12f. Note that the refrigerant supply source CS may be connected to the port 12f via the refrigerant supply pipe CP, and the upper end of the pipe 32 may be connected to the refrigerant discharge pipe DP. You may make it return the refrigerant | coolant from discharge pipe DP to the refrigerant | coolant supply source CS through a heat removal means.
[0038]
The operation of the plasma processing apparatus S1 configured as described above will be described.
The processing gas from the processing gas source GS is introduced into the gas inlet port 12a of the nozzle head 1 through the gas supply pipe GP. Thereafter, the gas passes through the gas supply passages 12b, 22b, 21d inside the nozzle head 1 and reaches the entire circumference of the annular recess 21e. And it guide | induces to the cylindrical space 1b from the four turning guide holes 25a. As a result, it is possible to form a spiral swirling flow that descends while rotating in the circumferential direction of the cylindrical space 1b and thus the plasmaizing space 1a. Since the turning guide hole 25a is thin, the momentum of the turning flow can be sufficiently increased.
[0039]
On the other hand, a pulse voltage is output from the pulse power supply device PS. The pulse rise time and / or fall time is preferably 10 μs or less, and the electric field strength is preferably 10 to 1000 kV / cm. This pulse voltage is applied to the hot electrode 30 through the power supply line PL, the pipe 32, and the ring 33 in order, and a pulse electric field is formed between the electrodes 30 and 40, that is, in the plasmified space 1a. As a result, glow discharge occurs in the space 1a, and the processing gas is turned into plasma. Since this processing gas is swirling in the circumferential direction of the space 1a, the passing distance in the electric field can be increased and the plasma can be formed with high density. The high-density plasma gas is converged by the conical recess 52a of the nozzle portion 50 and then injected from the nozzle hole 52b. Then, by spraying on the substrate W, a desired surface treatment such as etching can be performed. Since the plasma to be sprayed has a high density, sufficient processing strength and processing speed can be obtained.
Further, since the lower end portion of the hot electrode 30 protrudes from the ground electrode 40 and is close to the table TB, a vertical electric field is formed between the hot electrode 30 and the table TB, and plasma can be generated there. The surface treatment of the substrate W can be made more efficient.
[0040]
In parallel with the above surface treatment, the exhaust pump VP is driven. As a result, exhaust gas composed of the processing gas and the reaction product gas after spraying is sucked into the nozzle head 1 from the suction holes 50a around the nozzle holes 52b. This can prevent the processed substrate W from being adversely affected by the exhaust gas. The exhaust gas sucked from the suction hole 50a passes through the gap 50b and the circular pit 13a, rises along the two first suction passages 13b and 21f, and reaches both ends of the semicircular recess 22d. The gas pressure can be made uniform in the semicircular recess 22d. Thereafter, the exhaust gas is sucked into one second suction path 22e, 12c extending from the middle of the semicircular recess 22d. As a result, both sides of the semicircular recess 22d and thus the inside of the two first suction passages 13b and 21f can be sucked evenly, and as a result, the circumference of the nozzle hole 52b can be sucked evenly in the circumferential direction. An adverse effect can be prevented more reliably. The exhaust gas sucked into the second suction passages 22e and 12c is then discharged from the suction port 12d and exhausted from the exhaust pump VP via the exhaust pipe EP.
[0041]
Further, the refrigerant is sent into the pipe 32 from the refrigerant supply source CS via the pipe CP. The refrigerant descends along the pipe 32 and is led from the lower end of the pipe 32 to the inner and lower portions of the hot electrode 30. Then, the cylindrical space 30c between the inner periphery of the hot electrode main body 30a and the pipe 32 is raised. At this time, the hot electrode body 30a can be cooled. The refrigerant reaching the upper end of the cylindrical space 30c is guided to the internal communication paths 30d, 21g, and 13c and reaches one end in the circumferential direction in the annular cooling path 1d between the lower body 13 and the ground electrode 40. Here, the refrigerant branches into two hands, the clockwise and counterclockwise directions of the annular cooling passage 1d, and each makes a half turn around the annular cooling passage 1d. At this time, the ground electrode 40 can be cooled. Thereafter, the refrigerant joins at the other circumferential end of the annular cooling passage 1d, passes through the external communication passages 13d, 21h, 22f, and 12e, is discharged from the refrigerant discharge port 12f, and further passes through the refrigerant discharge pipe DP. Discharged. According to this electrode cooling mechanism, the electrodes 30 and 40 can be sequentially cooled while flowing the refrigerant along one path, and only one refrigerant supply pipe CP and one refrigerant discharge pipe DP are required, and the piping configuration is simplified. Can be
Furthermore, in the nozzle head 1, various pipes GP, CP, DP and wiring PL are gathered on the upper side of the cap 12, so that the connection work and the connection state can be easily confirmed. In addition, the appearance can be refreshed.
[0042]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In this embodiment, a curtain gas introduction port 50x is formed on the radially outer side of the suction port 50a in the nozzle portion 50. A curtain gas supply source is connected to the introduction port 50x. By introducing curtain gas such as inert gas from the supply source into the introduction port 50x and blowing it downward, a gas curtain surrounding the suction port 50a and the periphery of the nozzle hole 52b can be formed. As a result, the processing portion of the substrate W can be locally blocked from the surrounding environment. The curtain gas is sucked and discharged from the suction port 50a together with the treated exhaust gas.
[0043]
【Example】
Examples of the present invention will be described. Needless to say, the present invention is not limited to the examples.
[0044]
Using the apparatus shown in FIG. 12, a SAW filter having a comb-shaped aluminum electrode printed on a quartz wafer was etched. The size of one chip was 1 mm × 10 mm, and the clearance between adjacent chips was 0.5 mm.
As the inner hot electrode 30, a copper cylindrical electrode having an outer diameter of 8 mmφ × 24 mmL was used, and a 6.5 mmφ copper pipe 32 was inserted and arranged therein. The outer ground electrode 40 was a copper cylindrical electrode having an inner diameter of 12 mmφ × 24 mmL. Therefore, the distance between the electrodes 30 and 40 was 2 mm. The opposing surfaces of the electrodes 30 and 40 were respectively coated with solid dielectric layers 31 and 41 obtained by sequentially spraying 0.5 mmt barium titanate and 0.5 mmt alumina. In the entire system, polytetrafluoroethylene resin is used as the insulating material between the electrodes, the processing gas introduction member, the fastening bolt, etc., and the seal of the refrigerant and the processing gas uses a fluorine rubber O-ring with excellent heat resistance and corrosion resistance. It was. The nozzle unit 50 is made of PEEK (polyetheretherketone) solid dielectric, has a 2.5 × 5.5 mm nozzle hole, and is set to 1 mm from the hot electrode 30.
As the local exhaust mechanism, a suction hole 50a having a slit shape of 1 mm was formed outside the electrode and the nozzle hole, and the suction exhaust amount was controlled by a control valve so that the pressure in the vicinity of the substrate was constant. Further, an inert gas inlet 50x of the gas curtain mechanism was provided on the outside, and 100 sscmno nitrogen gas was introduced into this.
Processing gas is CF_Four100 sccm, O₂A gas mixture of 20 sccm and argon gas of 200 sccm was used. The temperature of the cooling water (refrigerant) for the electrode was set to 30 ° C., and the circulation rate was 8 L / min.
[0045]
Pulse rise time between electrodes 5μs, voltage 14kV_ppThen, a pulse electric field having a frequency of 9.8 kHz was applied, plasma was generated, sprayed on the substrate, and etched. Then, the process was terminated when the target value was reached while watching the SAW frequency decrease. After processing all chips on the wafer under the same conditions, measure the frequency with a prober and network analyzer, store it in a processing device such as a PC, and convert it into processing condition data (time, frequency, voltage) using conversion software This data was transmitted to the equipment, and the effect was confirmed by the difference from the pre-processing conditions of the wafer. As a result, the etching rate was 90 L / min. In addition, only some of the chips with the initial frequency of 86.5 MHz were adjusted to 85.2 MHz and the frequencies of the eight chips adjacent to the chip were measured, and the initial values changed. It was confirmed that there was no.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, high-density plasma can be obtained by swirling the processing gas in the plasma space, and the processing strength and processing speed can be greatly improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a nozzle head in a plasma processing apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the nozzle head.
FIG. 3 is a plan sectional view of the nozzle head taken along line III-III in FIG.
4 is a longitudinal sectional view of the nozzle head taken along line IV-IV in FIG.
FIG. 5 is an enlarged bottom view of the nozzle head taken along line VV in FIG. 4;
6 is a bottom cross-sectional view of the nozzle head taken along the line VI-VI in FIG. 4;
7 is a plan sectional view of the nozzle head taken along line VII-VII in FIG.
8 is a longitudinal sectional view of the nozzle head taken along line VIII-VIII in FIG.
9 is a longitudinal sectional view of the nozzle head taken along line IX-IX in FIG.
10 is a bottom cross-sectional view of the nozzle head taken along line X-X in FIG. 9;
FIG. 11A is a plan view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
(B) It is a front view of the said plasma processing apparatus.
(C) It is a side view of the said plasma processing apparatus.
FIG. 12 is a longitudinal sectional view showing a schematic configuration of a nozzle head of a plasma processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
S1 Plasma processing equipment
PS pulse power supply (electric field applying means)
GS process gas source
CS refrigerant supply source
DP refrigerant discharge pipe (refrigerant discharge path)
VP exhaust pump (suction means)
1 Nozzle head
1a Plasmaization space
1c Hot electrode cooling path (inner electrode cooling path)
1d Earth electrode cooling path (outer electrode cooling path)
10 Head body
12b, 22b, 21d Gas supply path
12f Refrigerant discharge port (outward end of the other external communication path)
13 Lower body (tip body)
13c End body side internal passage
13b, 21f, 22c 1st suction path
13c, 21g, 30d Internal and external electrode cooling passages
13d, 21h, 22f, 12e External communication path
20 Insulation holder
21e annular recess (annular space, swirl flow formation mechanism)
21g Insulation holder side internal communication path
22d Semicircular recess (connection path of multiple first suction paths)
22e, 12c 2nd suction path
25a Swirl guide hole (Swirl flow forming mechanism)
30 Hot electrode (inner electrode)
30d Opening of proximal end of inner electrode
32 pipe (part of inner electrode cooling path and external communication path)
40 Earth electrode (outer electrode)
50 nozzle part
50a Suction hole
52b Nozzle hole

Claims

In a plasma surface processing apparatus that converts a processing gas into plasma in a plasma space, sprays the processing gas on the processing object, and processes the surface of the processing object
A nozzle head, wherein the nozzle head is
An inner electrode extending axially;
An insulating holder made of an insulator having a hole portion that accommodates and supports the base end portion of the inner electrode in the axial direction;
A cylindrical outer electrode that surrounds the axial tip of the inner electrode coaxially therewith, and in which the plasmaization space is formed between the inner electrode,
A tip body that is provided on the tip side of the insulating holder and houses and supports the outer electrode;
A nozzle portion that is connected to the plasma space and has a nozzle hole that blows out the plasma-treated processing gas toward an object to be processed;
Inside the inner electrode, an inner electrode cooling path is formed from the proximal side to the distal side and then back to the proximal side.
One end of the inner electrode cooling path is connected to an opening formed on the outer surface of the base end portion of the inner electrode,
An annular outer electrode cooling path is formed between the outer peripheral surface of the outer electrode and the tip body,
One location in the circumferential direction of the outer electrode cooling path is connected to the tip body side internal communication path formed inside the tip body,
A refrigerant supply source for electrode cooling is connected to one of the other end of the inner electrode cooling path and another circumferential portion of the outer electrode cooling path via an external communication path, A refrigerant discharge path or a return path to the refrigerant supply source is connected via another external communication path,
Inside the insulating holder is formed an insulating holder-side internal communication path whose entire circumference is defined by the insulator, and the insulating holder-side internal communication path extends in the axial direction, The plasma surface treatment apparatus characterized in that a base end portion is connected to the opening of the base end portion of the inner electrode, and a tip end portion is connected to the tip body side internal communication path .

A swirl flow forming mechanism is provided on the base end side of the plasmatization space of the nozzle head to direct the process gas to the nozzle part while swirling in the circumferential direction of the plasmatization space. The plasma surface treatment apparatus according to claim 1.

The insulating holder is formed with a gas supply path that continues to the processing gas source, and an annular recess that is continuous with the gas supply path is formed on the inner peripheral surface of the hole of the insulating holder. A short pipe is fitted inside the hole so as to surround the inner electrode, the inner peripheral side opening of the annular recess is closed by the outer peripheral surface of the short pipe, and the inner peripheral surface of the short pipe and the above-mentioned Between the outer peripheral surface of the inner electrode, a cylindrical space connected to the base end portion of the plasmaization space is formed,
The short pipe is formed with a plurality of swirling guide holes penetrating from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface and communicating with the annular recess and the cylindrical space at intervals in the circumferential direction. 2. The plasma surface treatment apparatus according to claim 1 , wherein the plasma surface treatment apparatus is substantially along a tangent line of the gasification space and is inclined toward the tip side toward the plasmalation space and is narrower than the gas supply path .

The distal end body is made of a conductor, is electrically connected to the outer electrode and is grounded, and a base end portion of the inner electrode is connected to an electric field applying unit that applies an electric field between the electrodes. plasma surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3.

A suction hole is formed in the nozzle portion so as to surround the nozzle hole, and a plurality of first suction paths extending from the positions separated from each other in the circumferential direction in the suction hole to the proximal end side in the insulating holder and the distal end body. And a communication path that connects these first suction paths with each other and equalizes the pressure, and a single second suction path that extends from a position where the plurality of first suction paths in the communication path can be uniformly sucked. cage, the second suction passage, a plasma surface treatment apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is connected to the suction means out of the nozzle head.

An electric field application that applies an electric field between the electrodes at the base end of the nozzle head, a connection with a processing gas source, a connection with the refrigerant supply source, a connection with the refrigerant discharge path or a return path, and the electrode 6. The plasma surface treatment apparatus according to claim 5 , wherein a connecting portion with the means and a connecting portion with the suction means are arranged.