JP4055075B2 - Plasma processing apparatus and plasma processing method - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波交流電源によりプラズマ放電領域を発生させて、プラズマ放電領域では処理ガスの励起活性種が生成されることで被処理体の被処理面に処理を行うためのプラズマ処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
たとえば、大気圧または大気圧近傍の圧力下において、プラズマ放電を用いて被処理体の表面に対して所定の種類の表面処理を施すプラズマ処理装置が、提案されている。
この種のプラズマ処理装置は、印加電極とアース側電極を有する。印加電極とアース側電極は対面していて、印加電極とアース側電極の間であってアース側電極の上には被処理体が配置されている。大気圧または大気圧付近の圧力下でプラズマが生成され、被処理体の表面がプラズマに曝されながら処理ガスにより処理されるようになっている（たとえば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６―２１４９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この種のプラズマ処理装置では、印加電極とアース側電極の間で直接放電する構造であったり、あるいは印加電極と被処理体である基板との間で放電するようになっている。したがって、印加電極とアース側電極との間でプラズマ放電する形式のものでは、被処理体の下に必ずアース側電極がないとプラズマ放電が全く生じない。また基板がアース側電極を兼ねている場合には、この基板が印加電極に対面する位置に来なければプラズマ放電は全く生じない。
【０００５】
また、印加電極は、被処理体である基板側に対して直接放電する構造であるので、基板上に形成されている電気配線などの導電体の形成パターンの形状によっては、基板の移動によりプラズマ放電の放電状態が変わってしまう。
このことから、基板のような被処理体の表面は、導電性のパターンの形状に影響を受けて、基板の全体にわたってプラズマ処理を均一に行うことができないという問題がある。
【０００６】
そこで本発明は上記課題を解消し、被処理体が印加電極に対面しているかいないかに関わらずプラズマ放電を持続できるとともに、被処理体上に形成されている導電性パターンの有無に関わらずプラズマ放電により被処理体の表面を均一に処理することができるプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、高周波交流電源によりプラズマ放電領域を発生させて、前記プラズマ放電領域では処理ガスの励起活性種が生成されることで被処理体の被処理面に処理を行うためのプラズマ処理装置において、前記高周波交流電源が接続された印加電極と、前記被処理体に対面するように前記印加電極側に配置された第１誘電体と、前記第１誘電体とにより前記処理ガスが供給される空間を囲んで形成している第２誘電体と、前記空間内に前記プラズマ放電領域を形成するために前記空間にその表面を露出して配置されたアース側電極と、を有し、前記第１誘電体は、薄肉部分と厚肉部分を有し、前記薄肉部分と前記厚肉部分の表面側には、前記印加電極が固定され、前記厚肉部分は、凹部を有し、この凹部に前記アース側電極が埋め込むように配置固定され、前記第１誘電体の前記空間側の面は平面を形成し、この面と前記アース側電極の前記表面は、前記被処理体の前記被処理面と平行に設定されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
【０００８】
上記構成によれば、印加電極は高周波交流電源に接続されている。第１誘電体は、被処理体に対面するように印加電極側に配置されている。第２誘電体は、第１誘電体とにより処理ガスが供給される空間を囲んで形成している。
アース側電極は、空間内にプラズマ放電領域を形成するために空間に露出して配置されている。印加電極の第１誘電体は、被処理体に対面する位置にある。印加電極に対して高周波交流電源が電源供給を行うことにより、第１誘電体と第２誘電体で形成される空間内には、プラズマ放電領域が形成される。
これによって、被処理体が印加電極および第１誘電体に対面する位置にあってもなくても、アース側電極は常に空間内に位置しているので、印加電極とアース側電極の間では、空間内において必ずプラズマ放電領域を持続して形成することができる。
【０００９】
アース側電極は、第１誘電体と第２誘電体の間で形成される空間内に露出して配置されているので、被処理体の表面に導電性のパターンが任意の形状で形成されていたとしても、被処理体の全面にわたって均一にプラズマ放電領域により所定の処理を行うことができる。
この理由としては、従来では印加電極と被処理体の表面の間で直接プラズマ放電領域を形成していたのに比べて、本発明では、印加電極と空間内のアース側電極との間でプラズマ放電領域を形成するので、このプラズマ放電領域の形成は、被処理体の表面に形成された導電性のパターンの形状や導電性のパターンの有無に関わらず、被処理体の表面に対して均一に処理を行うことができるのである。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の構成において、前記被処理体の前記被処理面と前記第１誘電体と前記第２誘電体は、前記空間を囲んで形成しており、前記第２誘電体の下面は、前記被処理面に平行となっており、前記空間内の前記処理ガスは、前記第２誘電体と前記被処理面の間に形成されたスリット状のガス出口部から前記空間の外部に排出されることを特徴とする。
上記構成によれば、被処理体の被処理面と第１誘電体と第２誘電体は、空間を囲んで形成している。この空間内の処理ガスは、第２誘電体と被処理面の間に形成されたスリット状のガス出口部から空間の外部に排出される。
【００１１】
これにより、被処理体の被処理面と第１誘電体と第２誘電体が、囲むようにして空間を形成している。空間内の処理ガスは、プラズマ放電で使用された後に、スリット状のガス出口部から空間の外部に排出できる。ガス出口部をスリット状にすることで、空間内における処理ガスの濃度を高くすることができる。処理ガスの濃度を高くすることにより、被処理体の表面に対して確実に処理が行える。また、基板が無い状態でも放電を維持することができる。
【００１２】
第３の発明は、第１の発明の構成において、前記第２誘電体の下面は、前記被処理面に平行となっており、前記空間内の前記処理ガスは、前記第２誘電体と前記被処理面の間に形成されたスリット状のガス出口部から前記空間の外部に排出されることを特徴とする。
上記構成によれば、空間内の処理ガスは、第２誘電体と被処理面の間に形成されたスリット状のガス出口部から空間の外部へ排出される。
これにより、被処理体の被処理面と第１誘電体と第２誘電体が、囲むようにして空間を形成している。空間内の処理ガスは、プラズマ放電で使用された後に、スリット状のガス出口部から空間の外部に排出できる。このようにガス出口部をスリット状にすることで、空間内における処理ガスの濃度を高くすることができる。処理ガスの濃度を高くすることにより、被処理体の表面に対して確実に処理が行える。また、基板が無い状態でも放電を維持することができる。
【００１３】
第４の発明は、第２の発明の構成において、前記アース側電極は、前記第１誘電体の凹部に配置されていて、前記アース側電極の一部が前記空間に露出していることを特徴とする。
上記構成によれば、アース側電極は、第１誘電体の凹部に配置されている。アース側電極の一部が空間に露出している。
これにより、アース側電極の一部が空間に露出していることにより、アース側電極の大部分が第１誘電体の凹部に配置されていることから、アース側電極は第１誘電体の凹部に配置できるので、アース側電極の存在によっても、空間の容量を減らすことがなく十分な空間を確保することができる。
【００１４】
第５の発明は、第２の発明ないし第４の発明の構成のいずれかにおいて、前記アース側電極は、前記アース側電極を冷却するための冷却媒体を循環させるための冷却媒体供給部に接続されていることを特徴とする。
上記構成によれば、アース側電極は、アース側電極を冷却するための冷却媒体を循環させるための冷却媒体供給部に接続されている。
これにより、印加電極とアース側電極の間でプラズマ放電を形成している場合に、アース側電極の発生する熱が高くなっても、冷却媒体により確実に冷やすことができる。これによって、アース側電極の保護をするための誘電体が不要であり、構造が簡単化できる。また、プラズマ放電領域を持続させて形成することができる。
【００１５】
第６の発明は、第２の発明ないし第５の発明の構成のいずれかにおいて、前記プラズマ放電領域は、大気圧または真空で発生することを特徴とする。
上記構成によれば、プラズマ放電領域は、大気圧または真空で発生する。
これにより、プラズマ放電領域が大気圧で発生できれば、真空で発生させるのに比べてプラズマ処理装置の構造を簡単化することができる。
【００１６】
第７の発明は、高周波交流電源によりプラズマ放電領域を発生させて、前記プラズマ放電領域では処理ガスの励起活性種が生成されることで被処理体の被処理面に処理を行うためのプラズマ処理方法において、前記被処理体に対面するように印加電極側に配置された第１誘電体と、前記第１誘電体に接続された第２誘電体は、前記処理ガスを供給するための空間を囲んで形成しており、前記高周波交流電源が接続された前記印加電極と、前記空間内にその表面を露出して配置されたアース側電極との間では、前記空間内において前記プラズマ放電領域を形成し、前記第１誘電体は、薄肉部分と厚肉部分を有し、前記薄肉部分と前記厚肉部分の表面側には、前記印加電極が固定され、前記厚肉部分は、凹部を有し、この凹部に前記アース側電極が埋め込むように配置固定され、前記第１誘電体の前記空間側の面は平面を形成し、この面と前記アース側電極の前記表面は、前記被処理体の前記被処理面と平行に設定されていることを特徴とするプラズマ処理方法である。
【００１７】
上記構成によれば、印加電極の第１誘電体は、被処理体に対面する位置にある。
印加電極に対して高周波交流電源が電源供給を行うことにより、第１誘電体と第２誘電体で形成される空間内には、プラズマ放電領域が形成される。
これによって、被処理体が印加電極および第１誘電体に対面する位置にあってもなくても、アース側電極は空間内に位置しているので、印加電極とアース側電極の間では、空間内において必ずプラズマ放電領域を持続して形成することができる。
【００１８】
また、アース側電極は、第１誘電体と第２誘電体の間で形成される空間内に露出して配置されているので、被処理体の表面に導電性のパターンが任意の形状で形成されていたとしても、被処理体の全面にわたって均一にプラズマ放電領域により所定の処理を行うことができる。この理由としては、従来では印加電極と被処理体の表面の間で直接プラズマ放電領域を形成していたのに比べて、本発明では、印加電極と空間内のアース側電極との間でプラズマ放電領域を形成するので、このプラズマ放電領域の形成は、被処理体の表面に形成された導電性のパターンの形状や有無に関わらず、被処理体の表面に対して均一に処理を行うことができるのである。
【００１９】
第８の発明は、第７の発明の構成において、前記被処理体の前記被処理面と前記第１誘電体と前記第２誘電体は、前記空間を形成しており、前記第２誘電体の下面は、前記被処理面に平行となっており、前記空間内の前記処理ガスは、前記第２誘電体と前記被処理面の間に形成されたスリット状のガス出口部から前記空間の外部に排出されることを特徴とする。
上記構成によれば、被処理体の被処理面と第１誘電体と第２誘電体が、囲むようにして空間を形成している。空間内の処理ガスは、プラズマ放電で使用された後に、スリット状のガス出口部から空間の外部に排出できる。このようにガス出口部をスリット状にすることで、空間内における処理ガスの濃度を高くすることができる。
【００２０】
第９の発明は、第８の発明の構成において、前記第２誘電体の下面は、前記被処理面に平行となっており、前記第１誘電体と前記第２誘電体は、前記空間を形成しており、前記空間内の前記処理ガスは、前記第２誘電体と前記被処理面の間に形成されたスリット状のガス出口部から前記空間の外部に排出されることを特徴とする。
上記構成によれば、被処理体の被処理面と第１誘電体と第２誘電体が、囲むようにして空間を形成している。空間内の処理ガスは、プラズマ放電で使用された後に、スリット状のガス出口部から空間の外部に排出できる。このようにガス出口部をスリット状にすることで、空間内における処理ガスの濃度を高くすることができる。
【００２１】
第１０の発明は、第７の発明の構成ないし第９の発明の構成のいずれかにおいて、前記アース側電極は、冷却媒体供給部から前記アース側電極を冷却するための冷却媒体を循環させることを特徴とする。
上記構成によれば、印加電極とアース側電極の間でプラズマ放電を形成している場合に、アース側電極の発生する熱が高くなっても、冷却媒体により確実に冷やすことができる。これによって、アース側電極の保護をするための誘電体が不要であり、構造が簡単化できる。また、プラズマ放電領域を持続させて形成することができる。
【００２２】
第１１の発明は、第１０の発明の構成において、前記プラズマ放電領域は、大気圧または真空で発生することを特徴とする。
上記構成によれば、プラズマ放電領域が大気圧で発生できれば、真空で発生させるのに比べてプラズマ処理装置の構造を簡単化することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
第１の実施形態
図１は、本発明のプラズマ処理装置の好ましい実施形態を示している。
図１のプラズマ処理装置は、所謂開放型の大気圧プラズマ処理装置である。このプラズマ処理装置１０は、表面処理装置などとも呼ぶことができる。
図１に示すプラズマ処理装置１０は、たとえば、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、形成されたプラズマ放電領域で生成した反応ガスの励起活性種を、被処理体２０の被処理面２１に曝露して、被処理体２０の被処理面２１に対して所定の処理を施すための装置である。
【００２４】
被処理体２０はワークとも呼んでいる。プラズマ処理装置１０は、大気圧または大気圧近傍の圧力下のプラズマ放電領域により化学的に生成された反応ガスの励起活性種を利用することで、真空設備を必要としない比較的低コストな表面処理装置である。
【００２５】
図１に示すプラズマ処理装置１０の構造について説明する。
プラズマ処理装置１０は、高周波交流電源１５、ガス供給部１６、印加電極１１、アース側電極１３、第１誘電体３１、第２誘電体３２、搬送部３５および駆動部３７を有している。
図１に示す高周波交流電源１５は接地されており、アース側電極１３も接地されている。高周波交流電源１５は、印加電極１１に対して高周波交流電力を供給するものである。
【００２６】
図１に示すプラズマ処理装置１０は、印加電極１１とアース側電極１３の間の放電により、空間Ｓ内においてプラズマ放電領域２５を形成するようになっている。このプラズマ処理装置１０は、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、形成されたプラズマ放電領域２５により被処理体２０の被処理面２１に対して所定の処理の表面処理を行う。
この時に、プラズマ放電領域２５で生成される反応ガスの励起活性種は、被処理体２０の被処理面２１に対して直接曝されるので、高い表面処理レイトで被処理体２０の被処理面２１を処理することができる。
【００２７】
図１に示す印加電極１１は、断面で見てほぼ長方形状もしくは正方形状の電極である。同様にしてアース側電極１３は、図１の断面で見て長方形状もしくは正方形状の電極である。
印加電極１１とアース側電極１３は、導電性の良好な金属材料、たとえばアルミニウム、銅、ステンレス、チタン、タングステンなどにより作られている。
第１誘電体３１と第２誘電体３２の材質としては、たとえばアルミナや窒化シリコンのようなセラミックスや、石英などにより作られている。
【００２８】
図２は、図１のプラズマ処理装置１０の印加電極１１、アース側電極１３、空間Ｓ付近をさらに拡大して示している。
図１と図２に示すように、第１誘電体３１は、印加電極１１を密着して固定している。第１誘電体３１は、薄肉部分４１，４２と厚肉部分４３を有している。厚肉部分４３と薄肉部分４１の表面側には、印加電極１１が密着して固定されている。第１誘電体３１は、断面で見てほぼ逆Ｔ字型を有している。
第１誘電体３１の厚肉部分４３は、凹部４４を有している。この凹部４４の中には、アース側電極１３が埋め込むようにして配置して固定されている。このアース側電極１３の一部分である表面１３Ａは、空間Ｓに露出している。つまりこの凹部４４は、空間Ｓ側に対面するようにして厚肉部分４３の内面４３Ａ側に形成されている。
【００２９】
図１と図２に示す第２誘電体３２は、第１誘電体３１とともに、空間Ｓを囲んで形成している。第１誘電体３１の薄肉部分４１の内面４１Ａ、厚肉部分４３の内面４３Ａおよび薄肉部分４２の内面４２Ａは、平面を形成しており、これらの内面４１Ａ，４３Ａ，４２Ａは、アース側電極１３の表面１３Ａとほぼ面一になっている。内面４１Ａ，４３Ａ，４２Ａと表面１３Ａは、被処理体２０の被処理面２１と平行に設定されている。
第２誘電体３２は、部分５１と部分５２を有している。部分５１は、ガス入口部５３を有している。部分５１は、内面４１Ａに対して密着して固定されている。部分５２は内面４２Ａに対して密着して固定されている。このような構成の第２誘電体３２と第１誘電体３１は、空間Ｓを形成している。
【００３０】
図１のガス入口部５３は、ガス供給部１６に接続されている。ガス供給部１６は、キャリアガスと処理ガスの混合ガスを収容している。キャリアガスは不活性ガスであり、処理ガスは反応ガスである。キャリアガスとしてはたとえばＨｅであり、処理ガスはたとえばＯ２である。
ガス供給部１６内の混合ガスは、ガス入口部５３を通じてＡ１方向に沿ってプラズマ放電領域２５に供給される。プラズマ放電領域２５により反応ガスの励起活性種が生成される。この励起活性種は、被処理体２０の表面２１に曝されることにより、被処理体２０の被処理面２１に、たとえば親水性処理あるいはアッシング処理を施すことができる。
【００３１】
図１に示す第２誘電体３２の部分５１の下面６１と被処理体２０の被処理面２１の間には、スリット状のガス出口部６３が形成されている。同様にして、第２誘電体３２の部分５２の下面６５と被処理面２１の間には、スリット状のガス出口部６７が形成されている。
下面６１と下面６５は、被処理面２１に平行である。このようなスリット状のガス出口部６３，６７を形成してこのスリット状のガス出口部６３，６７を通じて空間Ｓ内のガスを空間Ｓの外部に排出するように構成すると、空間Ｓ内のガスの濃度を高めることができる。このことから、プラズマ放電領域２５の形成により被処理面２１を処理する際の処理レイトを上げることができる。
【００３２】
図１に示す搬送部３５は、被処理体２０をたとえば搬送方向Ｔに沿って直線方向に搬送するためのものである。このために搬送部３５は、たとえば板状の部材であり、搬送部３５は駆動部３７の駆動により搬送方向Ｔに沿って被処理体２０を搬送する。被処理体２０は搬送部３５の上に着脱可能に搭載できる。
搬送部３５は、プレート状の部材であるが、金属製ではなく、誘電体もしくは絶縁体の材料を用いて作られている。
【００３３】
次に、図１と図２に示すアース側電極１３の特徴について説明する。
アース側電極１３は、冷却水供給部７０に接続されている。この冷却水供給部７０は、冷却媒体供給部の一例である。したがって、冷却媒体の一例として冷却水が用いられており、この冷却水はアース側電極１３の冷却水循環通路７１を通るようになっている。
これによって、プラズマ放電領域２５を発生させる際に、アース側電極１３が発熱したとしても、この冷却水を冷却水循環通路７１に通すことにより、アース側電極１３の温度を下げることができる。このようにすると、アース側電極の保護をするための誘電体が不要であり、構造が簡単化できる。また、印加電極１１とアース側電極１３の間で生じるプラズマ放電領域２５を連続して持続させるようにして形成できる。
【００３４】
第１誘電体３１と第２誘電体３２は、図１に示すガス入口部５３と印加電極１１を完全に分離し、不要なプラズマ放電の発生を防いで、必要とするプラズマ放電領域２５を第１誘電体３１の内面４３Ａ付近に形成するための部材である。このプラズマ放電領域２５は、第１誘電体３１の内面４１Ａ，４３Ａ，４２Ａと第２誘電体３２の部分５１，５２の間で形成される空間Ｓ内に持続して形成される。
図１と図２に示すプラズマ処理装置１０は、上述したように被処理体２０の被処理面２１に対して空間Ｓとプラズマ放電領域２５が開放されている所謂開放型のプラズマ処理装置である。つまり、図１と図２に示すプラズマ処理装置１０は、空間Ｓとプラズマ放電領域２５が被処理面２１に完全に開放された形態を有しているものである。
【００３５】
次に、図１と図２に示すプラズマ処理装置１０により、被処理体２０の被処理面２１に対してたとえばアッシング表面処理を行う場合の例について説明する。
図３は、被処理体２０の形態例を示している。図３（Ａ）は被処理体２０の平面図であり、図３（Ｂ）は被処理体２０の斜視図である。
図３に示す被処理体２０は、ガラス基板２０Ａを用いている。このガラス基板２０Ａでは、半分の表面領域がガラス面２０Ｂとあと半分の表面領域が金属面２０Ｃになっている。ガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃの境界線２０Ｄは、被処理体２０の搬送方向Ｔと平行方向である。ガラス面２０Ｂは、ガラス基板２０Ａの表面である。これに対して、金属面２０Ｃはガラス基板２０Ａに形成されたたとえばアルミニウム薄膜であり、その膜厚はたとえば１５０ｎｍである。
【００３６】
このガラス面２０Ｂの面積と金属面２０Ｃの面積は同じに設定されている。
この金属面２０Ｃは、通常のたとえばガラス基板の表面において、導電性の配線パターンの代わりの部分である。通常の被処理体２０では、予め定めたパターン形状で複雑な導電性のパターン部分が形成されている。
しかし、図３の被処理体２０の例では、単純化するために金属面２０Ｃは長方形状に形成している。この被処理体２０を用いれば、金属面２０Ｃとガラス面２０Ｂにおけるたとえばアッシング処理能力について比較することができる。
【００３７】
図１において、高周波交流電源１５は、印加電極１１に対して高周波交流電力を供給する。これにより、印加電極１１とアース側電極１３の間には、プラズマ放電領域２５が形成される。
ガス供給部１６は、ガス入口部５３を通じて矢印Ａ１方向に沿って空間Ｓ内に混合ガスを供給する。この混合ガスが供給されるタイミングは、被処理体２０が搬送部３５によりたとえば搬送方向Ｔに沿って搬送される動作に応じて行われる。
これによって、プラズマ放電領域２５では、大気圧プラズマが生成されて、反応ガスの励起活性種が生じる。この励起活性種は、被処理体２０の被処理面２１に対してたとえばアッシング処理をする。図３（Ａ）と図３（Ｂ）に示すガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃにはアッシング処理が施される。
【００３８】
図４（Ａ）は、図１と図２に示す所謂開放型のプラズマ処理装置１０によりアッシング処理が行われた例を示している。
図４（Ａ）におけるプラズマ処理装置１０で供給される高周波交流電力はたとえば３００Ｗであり、Ｈｅガスの流量は２０Ｌ／ｍｉｎであり、Ｏ２ガスの流量は、５０ｃｃｍである。このようなアッシング処理により、図３に示すガラス面のアッシング量は７４ｎｍ／分であり、金属面２０Ｃのアッシング量は７８ｎｍ／分である。つまり、ガラス面２０Ｂの上と金属面２０Ｃの上におけるアッシング量にはほとんど差がないことがわかる。
このことは、被処理体２０においてガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃの両方があったとしても、被処理体２０の全面にわたってほぼ均一にアッシング処理を行うことができることを示している。
このアッシング量とは、ガラス面２０Ｂの表面および金属面２０Ｃの表面からレジスト膜が削れていくレイトを言う。ここでは、単位としてｎｍ／分を用いている。これは、１分間あたり通常のＩ線用レジストが何ｎｍアッシングされ膜厚が減るかのレイトを言う。
【００３９】
図２に示すように、アース側電極１３の表面１３Ａは、大気圧の空間Ｓに露出しているので、表面１３Ａには薄いアース側の誘電体８０が形成されてしまう。このアース側の誘電体８０は、酸化膜である。このアース側の誘電体８０の厚みは、印加電極１１側の第１誘電体３１の最も薄い薄肉部分４１の厚みＤ１に比べてかなり薄い。言い換えれば、高周波交流電源側の印加電極１１の第１誘電体３１の最も小さい厚みＤ１は、アース側電極１３のアース側の誘電体８０の厚みよりも厚くなっている。
このように、アース側の誘電体８０がアース側電極１３の表面１３Ａに形成されてしまっても、図３におけるガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃにおけるアッシング処理の均一性に対しては相関はない。
【００４０】
図１と図２において、空間Ｓ内に供給された混合ガスの内使用されない混合ガスが、矢印Ａ２，Ａ３に沿って、空間Ｓの外部に排出される。この場合に、スリット状のガス出口部６３，６７は、開口部の断面形状が小さくなっているので、空間Ｓ内の混合ガスの濃度を高めることができる。これによって、たとえばアッシング処理のような表面処理レイトを高めることができる。
【００４１】
図１と図２におけるアース側電極１３は、凹部４４内に位置しており、空間Ｓに露出している。アース側電極１３がプラズマ放電領域２５を持続して形成していると、発熱を起こすが、この熱は冷却水供給部７０から循環通路７１に冷却水を循環させることにより、奪うことができる。
したがって、アース側電極の保護をするための誘電体が不要であり、構造が簡単化できる。また、印加電極１１とアース側電極１３の間において空間Ｓ内においては、プラズマ放電領域２５は持続して連続的に安定して形成することができる。
このようにして、図３においてガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃが形成された被処理体２０に対しても、すなわち被処理体２０の表面の抵抗値が不均一な分布であっても、たとえばアッシング処理のような表面処理は均一に処理することができるのである。
【００４２】
第２の実施形態
図５は、本発明のプラズマ処理装置の別の実施形態を示している。
図５に示すプラズマ処理装置１１０は、空間Ｓを閉じた閉鎖型のプラズマ処理装置である。
図５のプラズマ処理装置１１０は、高周波交流電源１５、印加電極１１、アース側電極１３、第１誘電体３１、第２誘電体３２、ガス供給部１６、冷却水供給部７０、搬送部３５、駆動部３７を有している。
【００４３】
印加電極１１と第１誘電体３１は、図１に示す印加電極１１と第１誘電体３１と同様のものを採用することができる。図５のアース側電極１３は、図１のアース側電極１３と同様のものを採用している。
図５のプラズマ処理装置１１０の構成要素が、図１のプラズマ処理装置１０の構成要素と異なるのは、第２誘電体３２の構造である。図５のプラズマ処理装置１１０の他の構成要素は図１のプラズマ処理装置１０の対応する構成要素と同じであるのでその説明を用いる。
【００４４】
図５に示す第２誘電体３２は、部分１５１、部分１５２、部分１５３を有している。部分１５１と部分１５２は、第１誘電体３１の薄肉部分４１の内面４１Ａ側に密着して固定されている。部分１５１，１５２の間には、ガス入口部５３が形成されている。
第２誘電体３２の部分１５３は、薄肉部分４２の内面４２Ａに密着して固定されている。部分１５２は、部分１５１に比べて搬送方向Ｔに沿って長く形成されている。部分１５３は厚肉部分１５３Ａと薄肉部分１５３Ｂを有している。部分１５２と薄肉部分１５３Ｂの先端部分は、ガス排出口１６０を形成している。
【００４５】
第１誘電体３１の内面４１Ａ，４３Ａ，４２Ａと、第２誘電体３２の部分１５１，１５２および部分１５３は、閉じた空間Ｓを形成している。つまり、被処理体２０の被処理面２１には、空間Ｓとプラズマ放電領域２５は露出しておらず閉鎖されている。この空間Ｓはガス排出口１６０を通じて、スリット状のガス出口部６３とスリット状のガス出口部６７に通じている。空間Ｓに導入された混合ガスの処理ガスは、プラズマ放電領域２５により励起活性種を生じて、ガス排出口１６０とスリット状のガス出口部６３，６７を通じてＡ２，Ａ３方向に沿って通ることで、被処理面２１に対してアッシング処理を行うことができる。
部分１５２と部分１５３および第１誘電体３１は、被処理体２０に平行である。
高周波交流電源１５が印加電極１１に高周波交流電力を供給することにより、印加電極１１とアース側電極１３は空間Ｓ内にプラズマ放電領域２５を形成する。このプラズマ放電領域２５は、ガス排出口１６０に近い部分である。
【００４６】
図５に示すプラズマ処理装置１１０を用いて図３に示す被処理体２０をたとえばアッシング処理すると、図４（Ｂ）に示すような結果が得られる。すなわち、高周波交流電源１５の高周波交流電力が３００Ｗであり、Ｈｅガスの流量が２０Ｌ／ｍであり、Ｏ２ガスの流量が５０ｃｃｍである場合には、アッシング量は、ガラス面２０Ｂおよび金属面２０Ｃのいずれにおいても５４ｎｍ／分であった。つまりガラス面２０Ｂにおいても金属面２０Ｃにおいても、アッシング量は同じ結果が得られた。
このことから、図１に示す開放型のプラズマ処理装置１０に比べて、図５に示す閉鎖型のプラズマ処理装置１１０は、被処理体２０の被処理面２１に対してさらに均一なアッシング処理を行うことができる。
これに対して、図１に示す開放型のプラズマ処理装置１０は、図５に示す閉鎖型のプラズマ処理装置１１０に比べて構造が簡単である。
【００４７】
第３の実施形態
図６は、本発明のプラズマ処理装置の第３の実施形態を示している。
図６に示すプラズマ処理装置２１０は、所謂開放型のプラズマ処理装置である。図６に示すプラズマ処理装置２１０は、高周波交流電源１５、印加電極１１、アース側電極１３、第１誘電体２３１、第２誘電体２３２、搬送部３５、駆動部３７、ガス供給部１６、冷却水供給部７０を有している。
プラズマ処理装置２１０の印加電極１１は、平板状の第１誘電体２３１に対して固定されている。第１誘電体２３１は平板状であるので、図１の第１誘電体３１の構造に比べて単純化されている。
【００４８】
第２誘電体２３２は、部分２５１と部分２５２を有している。部分２５１は、第１誘電体２３１の内面２３１Ａに対して固定されている。この部分２５１は、ガス入口部５３を有している。ガス入口部５３は、ガス供給部１６に接続されている。
部分２５２は、第１誘電体２３１の内面２３１Ｂに固定されている。内面２３１Ａ，２３１Ｂは１つの平面を形成している。
第１誘電体２３１の内面２３１Ａ，２３１Ｂは、第２誘電体２３２の部分２５１，２５２とにより空間Ｓを形成している。印加電極１１は、第１誘電体２３１の外面２３１Ｃに固定されているが、アース側電極１３は、内面２３１Ｂ側に固定されている。つまり印加電極１１とアース側電極１３は、第１誘電体２３１を挟んで反対側に固定されている。
アース側電極１３は、循環通路７１を有していて、この循環通路７１には、冷却水供給部７０から冷却水が循環されることで、アース側電極１３が冷却できる。
【００４９】
部分２５１の下面２５１Ａと被処理体２０の表面２１の間には、スリット状のガス出口部６３が形成されている。同様にして部分２５２と被処理面２１の間には、スリット状のガス出口部６７が形成されている。
ガス供給部１６から供給された混合ガスは、Ａ１方向に沿って空間Ｓ内に導入される。プラズマ処理で残った混合ガスは、Ａ２方向に沿ってスリット状のガス出口部６３から外部に排出されるとともに、Ａ３方向に沿ってスリット状のガス出口部６７から外部に排出される。
【００５０】
第４の実施形態
図７は、本発明のプラズマ処理装置の第４の実施形態を示している。
図７に示すプラズマ処理装置３１０は、所謂閉鎖型のプラズマ処理装置である。
図７のプラズマ処理装置３１０の印加電極１１と第１誘電体２３１と搬送部３５と駆動部３７とガス供給部１６とアース側電極１３および冷却水供給部７０は、図６の対応する構成要素と同じものを採用できる。
図７のプラズマ処理装置３１０が、図６のプラズマ処理装置２１０と異なるのは、第２誘電体３３２の構造である。
【００５１】
第２誘電体３３２は、部分３５１、部分３５２、部分３５３を有している。
部分３５１は、第１誘電体２３１の内面２３１Ａに固定されている。部分３５１と部分３５２の間には、ガス入口部５３が設けられている。部分３５３は、ほぼ断面Ｌ字型を有していて、厚肉部３５３Ａと薄肉部３５３Ｂを有している。部分３５２と薄肉部３５３Ｂの間には、ガス排出口１６０が形成されている。部分３５２と被処理面２１の間には、スリット状のガス出口部６３が形成されている。部分３５３と被処理面２１の間には、スリット状のガス出口部６７が形成されている。
【００５２】
ガス供給部１６から供給される混合ガスは、ガス入口部５３を通じてＡ方向に沿って空間Ｓ内に導入される。空間Ｓは、第１誘電体２３１の内面２３１Ａと部分３５１、部分３５２および部分３５３により形成されており、閉じた空間である。
空間Ｓに導入された混合ガスの処理ガスは、プラズマ放電領域２５により励起活性種を生じて、ガス排出口１６０とスリット状のガス出口部６３，６７を通じてＡ２，Ａ３方向に沿って通ることで、被処理面２１に対してアッシング処理を行うことができる。
【００５３】
第５の実施形態
図８は、本発明のプラズマ処理装置の第５の実施形態を示している。
図８のプラズマ処理装置４１０は、図１に示すプラズマ処理装置１０とほとんどの部分で同じ構造である。図８のプラズマ処理装置４１０が図１に示すプラズマ処理装置１０と異なるのは、搬送部４３５の構造である。図８では搬送部４３５は複数のコロ４５０を備えている。この複数のコロ４５０は、搬送方向Ｔに沿って平行に配列されている。コロ４５０は、図示しない駆動部により回転されることにより、たとえば被処理体２０はＴ方向に沿って搬送することができる。
【００５４】
第６の実施形態
図９は、本発明のプラズマ処理装置の第６の実施形態を示している。
図９に示すプラズマ処理装置５１０が、図１に示すプラズマ処理装置１０と異なるのは、次の点である。すなわち図９に示すプラズマ処理装置５１０は、真空プラズマ処理装置である。これに対して、図１に示すプラズマ処理装置１０は、大気圧または大気圧近傍の圧力下でプラズマ処理を行う大気圧プラズマ処理装置である。
【００５５】
図９のプラズマ処理装置５１０の印加電極１１、第１誘電体３１、第２誘電体３２、アース側電極１３、被処理体２０、搬送部３５は、チャンバ６００に収容されている。このチャンバ６００は、真空吸引部６０１により真空吸引される構造である。このようにすれば、真空圧状態でプラズマ処理を行うことができる。図８に示す搬送部４３５は、図示している他の実施形態に対しても適用することができる。同様にして図９に示すチャンバ６００および真空吸引部６０１は、図示している他の実施形態に適用することも可能である。
【００５６】
図４に戻ると、図４（Ｃ）は、比較例として従来の印加電極と平板状のアース側電極が対面しているプラズマ処理装置を用いて、図３に示す被処理体２０をアッシング処理した例を示している。
高周波交流電力を３００Ｗとし、Ｈｅガスの流量を２０Ｌ／ｍとし、Ｏ２ガスの流量を５０ｃｃｍとした場合には、アッシング量はガラス面２０Ｂでは４５ｎｍ／分であるのに対して、金属面２０Ｃではアッシング量は１０２ｎｍ／分である。
【００５７】
このように従来のプラズマ処理装置を用いると、抵抗値の異なるガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃでは、アッシング量の値に２倍以上の大きな開きが生じてしまう。
これに対してすでに述べたように図４（Ａ）と図４（Ｂ）における本発明の実施形態では、アッシング量についてガラス面２０Ｂと金属面２０Ｃではほとんど差が出ないか同じになっている。
【００５８】
このことから、本発明のプラズマ処理装置を用いることにより、被処理体の表面において抵抗値が異なる状態であっても、被処理体の被処理面の全面にわたって均一なたとえばアッシング処理を行うことができるのである。
上述した実施形態では、プラズマ処理装置により行う処理例はアッシング処理であった。
しかしこれに限らず、キャリアガスとしてＨｅガスを用いて、処理ガスとしてＣＦ４を用いることにより、エッチング処理あるいは撥水処理を行うことができる。また、Ｈｅガスのみを使用することによりアッシング処理を行うこともできるし、Ｏ２のみを使用することによりアッシング処理を行うことも可能である。
【００５９】
本発明の実施形態では、混合ガスのキャリアガスと処理ガスの種類を適宜選択することにより、上述したように被処理体の被処理面に対してエッチング、アッシング、表面改質（たとえば親水性処理や撥水性処理）や、洗浄、成膜処理などを行うことができる。
本発明のプラズマ処理装置では、アース側電極が空間Ｓに露出するようにして配置されており、印加電極とアース側電極との間でプラズマ放電領域を常に形成できる。このことから、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体であるたとえば基板があっても無くても、プラズマ放電領域を持続して形成することができる所謂連続放電式のプラズマ処理装置である。
【００６０】
また、本発明のプラズマ処理装置は、被処理体に対して直接放電する構造ではないので、被処理体の材質や被処理体に形成された導電性のパターン部分の形状によっては、プラズマ放電状態が変化しない。したがって、被処理体の表面の状態に関わらず所定の処理、たとえばアッシング処理などを全面的に均一に行える。
本発明の実施形態では、アース側電極には誘電体を設ける必要が無く、アース側電極が空間Ｓに露出している表面には、自然に酸化膜である絶縁膜が形成できる。このことからプラズマ処理装置の構造が簡単化できる。
【００６１】
本発明の実施形態では被処理体は、たとえば液晶表示装置用の基板、ＯＬＥＤ（有機発光ダイオード）ディスプレイ用の基板である。
しかしこれに限らず、被処理体はガラス基板の他にシリコンウェハあるいはプラスチック板であっても構わない。また被処理体はＴＡＢ（ｔａｐｅ ａｕｔｏｂｏｎｄｉｎｇ）であったり、リードフレームであっても勿論構わない。
アース側電極の表面に形成される絶縁膜としての誘電体の厚さは、プラズマ処理装置により処理する際の処理均一性を阻害することはない。
アース側電極の厚みを厚くすることにより、アース側電極の中には冷却水のような冷却媒体を循環させることができる。このためにアース側電極を熱から保護するための誘電体が不要になる。したがって、プラズマ処理装置の構造が簡単化できる。
【００６２】
本発明のプラズマ処理装置は、基板のような被処理体の表面に不均一な抵抗値の分布があるにも関わらず、アッシング処理のような所定の処理を均一に全面にわたって処理できる。
本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。
上記実施形態の各構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のプラズマ処理装置の第１の実施形態を示す図。
【図２】 図１のプラズマ処理装置の中心部分を拡大して示す図。
【図３】 本発明のプラズマ処理装置により処理される被処理体の一例を示す図。
【図４】 本発明の開放型のプラズマ処理装置および本発明の閉鎖型のプラズマ処理装置と、従来の比較例のプラズマ処理装置におけるアッシング量の比較を示す図。
【図５】 本発明のプラズマ処理装置の第２の実施形態を示す図。
【図６】 本発明のプラズマ処理装置の第３の実施形態を示す図。
【図７】 本発明のプラズマ処理装置の第４の実施形態を示す図。
【図８】 本発明のプラズマ処理装置の第５の実施形態を示す図。
【図９】 本発明のプラズマ処理装置の第６の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１１・・・印加電極、１３・・・アース側電極、１５・・・高周波交流電源、２０・・・被処理体、２１・・・被処理面、２５・・・プラズマ放電領域、３１・・・第１誘電体、３２・・・第２誘電体、４４・・・第１誘電体の凹部、６３，６７・・・スリット状のガス出口部、７０・・・冷却水供給部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma processing apparatus for generating a plasma discharge region with a high-frequency AC power source, and generating a processing gas excited active species in the plasma discharge region to perform processing on a surface to be processed. It is.
[0002]
[Prior art]
For example, a plasma processing apparatus has been proposed that performs a predetermined type of surface treatment on the surface of an object to be processed using plasma discharge under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
This type of plasma processing apparatus has an application electrode and a ground side electrode. The application electrode and the ground side electrode face each other, and the object to be processed is disposed on the ground side electrode between the application electrode and the ground side electrode. Plasma is generated under atmospheric pressure or pressure near atmospheric pressure, and the surface of the object to be processed is treated with a processing gas while being exposed to the plasma (see, for example, Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-2149
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, this type of plasma processing apparatus has a structure in which a direct discharge is made between the application electrode and the ground side electrode, or a discharge is made between the application electrode and the substrate that is the object to be processed. Therefore, in the type in which the plasma discharge is performed between the application electrode and the ground side electrode, the plasma discharge does not occur at all unless the ground side electrode is always present under the workpiece. In the case where the substrate also serves as an earth side electrode, plasma discharge does not occur at all unless the substrate comes to a position facing the application electrode.
[0005]
In addition, since the applied electrode has a structure that directly discharges to the substrate side that is the object to be processed, depending on the shape of the formation pattern of a conductor such as an electric wiring formed on the substrate, the plasma may be generated by the movement of the substrate. The discharge state of the discharge changes.
For this reason, the surface of an object to be processed such as a substrate is affected by the shape of the conductive pattern, and there is a problem that the plasma treatment cannot be performed uniformly over the entire substrate.
[0006]
Therefore, the present invention solves the above-described problems, can sustain plasma discharge regardless of whether the object to be processed is facing the application electrode, and plasma regardless of the presence or absence of the conductive pattern formed on the object to be processed. An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus and a plasma processing method capable of uniformly processing the surface of an object to be processed by electric discharge.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, a plasma discharge region is generated by a high-frequency AC power source, and an excited active species of a processing gas is generated in the plasma discharge region, whereby plasma processing is performed for processing a surface to be processed. In the apparatus, the processing gas is supplied by the application electrode connected to the high-frequency AC power source, the first dielectric disposed on the application electrode side so as to face the object to be processed, and the first dielectric. A second dielectric that surrounds the space to be formed, and the space to form the plasma discharge region in the space.Its surfaceAn exposed ground electrode, andThe first dielectric has a thin portion and a thick portion, and the application electrode is fixed to a surface side of the thin portion and the thick portion, and the thick portion has a concave portion. And the space side surface of the first dielectric forms a flat surface, and this surface and the surface of the ground side electrode are formed on the surface to be processed. It is set parallel to the surface to be processed of the bodyIs a plasma processing apparatus.
[0008]
According to the said structure, the application electrode is connected to the high frequency alternating current power supply. The first dielectric is disposed on the application electrode side so as to face the object to be processed. The second dielectric is formed surrounding the space to which the processing gas is supplied by the first dielectric.
The ground side electrode is disposed so as to be exposed to the space in order to form a plasma discharge region in the space. The first dielectric of the application electrode is at a position facing the object to be processed. When the high-frequency AC power supply supplies power to the application electrode, a plasma discharge region is formed in the space formed by the first dielectric and the second dielectric.
Accordingly, the ground side electrode is always located in the space, regardless of whether the object to be processed is located at the position facing the application electrode and the first dielectric, so between the application electrode and the ground side electrode, The plasma discharge region can always be formed continuously in the space.
[0009]
Since the ground side electrode is disposed so as to be exposed in the space formed between the first dielectric and the second dielectric, a conductive pattern is formed in an arbitrary shape on the surface of the object to be processed. Even so, the predetermined treatment can be performed uniformly in the plasma discharge region over the entire surface of the object to be treated.
The reason for this is that in the present invention, a plasma discharge region is directly formed between the application electrode and the surface of the object to be processed. Since the discharge region is formed, the plasma discharge region is formed uniformly on the surface of the object to be processed regardless of the shape of the conductive pattern formed on the surface of the object to be processed and the presence or absence of the conductive pattern. Can be processed.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect, the surface to be processed, the first dielectric, and the second dielectric are formed so as to surround the space.The lower surface of the second dielectric is parallel to the surface to be processed,The processing gas in the space is discharged outside the space from a slit-like gas outlet formed between the second dielectric and the surface to be processed.
According to the above configuration, the surface to be processed of the object to be processed, the first dielectric, and the second dielectric are formed so as to surround the space. The processing gas in this space is discharged out of the space from a slit-like gas outlet formed between the second dielectric and the surface to be processed.
[0011]
Thus, a space is formed so as to surround the surface to be processed of the object to be processed, the first dielectric, and the second dielectric. The processing gas in the space can be discharged out of the space from the slit-shaped gas outlet after being used in plasma discharge. By making the gas outlet portion into a slit shape, the concentration of the processing gas in the space can be increased. By increasing the concentration of the processing gas, the surface of the object to be processed can be reliably processed. In addition, the discharge can be maintained even when there is no substrate.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, in the configuration of the first aspect,The lower surface of the second dielectric is parallel to the surface to be processed,The processing gas in the space is discharged outside the space from a slit-like gas outlet formed between the second dielectric and the surface to be processed.
According to the above configuration, the processing gas in the space is discharged to the outside of the space from the slit-shaped gas outlet formed between the second dielectric and the surface to be processed.
Thus, a space is formed so as to surround the surface to be processed of the object to be processed, the first dielectric, and the second dielectric. The processing gas in the space can be discharged out of the space from the slit-shaped gas outlet after being used in plasma discharge. Thus, by making the gas outlet portion into a slit shape, the concentration of the processing gas in the space can be increased. By increasing the concentration of the processing gas, the surface of the object to be processed can be reliably processed. In addition, the discharge can be maintained even when there is no substrate.
[0013]
According to a fourth invention, in the configuration of the second invention, the ground side electrode is disposed in the recess of the first dielectric, and a part of the ground side electrode is exposed to the space. Features.
According to the above configuration, the ground-side electrode is disposed in the recess of the first dielectric. A part of the ground side electrode is exposed to the space.
Thereby, since a part of the ground side electrode is exposed to the space, most of the ground side electrode is disposed in the concave portion of the first dielectric, so that the ground side electrode is the concave portion of the first dielectric. Therefore, even if the ground side electrode is present, a sufficient space can be secured without reducing the capacity of the space.
[0014]
According to a fifth invention, in any one of the configurations of the second invention to the fourth invention, the ground side electrode is connected to a cooling medium supply unit for circulating a cooling medium for cooling the ground side electrode. It is characterized by being.
According to the above configuration, the ground side electrode is connected to the cooling medium supply unit for circulating the cooling medium for cooling the ground side electrode.
Thereby, when the plasma discharge is formed between the application electrode and the earth side electrode, even if the heat generated by the earth side electrode becomes high, the cooling medium can surely cool it. This eliminates the need for a dielectric for protecting the ground electrode, and simplifies the structure. Further, the plasma discharge region can be formed continuously.
[0015]
According to a sixth invention, in any one of the configurations of the second invention to the fifth invention, the plasma discharge region is generated at an atmospheric pressure or a vacuum.
According to the above configuration, the plasma discharge region is generated at atmospheric pressure or vacuum.
Thereby, if the plasma discharge region can be generated at atmospheric pressure, the structure of the plasma processing apparatus can be simplified as compared with the case where the plasma discharge region is generated in vacuum.
[0016]
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided plasma processing for generating a plasma discharge region by a high-frequency AC power source and generating a processing gas excited active species in the plasma discharge region to perform processing on a surface to be processed. In the method, the first dielectric disposed on the application electrode side so as to face the object to be processed and the second dielectric connected to the first dielectric form a space for supplying the processing gas. The applied electrode to which the high-frequency AC power source is connected, and the spaceIts surfaceThe plasma discharge area is formed in the space between the exposed ground electrode and the ground electrode.The first dielectric has a thin part and a thick part, and the application electrode is fixed to a surface side of the thin part and the thick part, and the thick part has a recess. The earth side electrode is disposed and fixed so as to be embedded in the recess, and the space side surface of the first dielectric forms a plane, and this surface and the surface of the earth side electrode are formed on the object to be processed. Set parallel to the surface to be processedThis is a plasma processing method.
[0017]
According to the said structure, the 1st dielectric of an application electrode exists in the position which faces a to-be-processed object.
When the high-frequency AC power supply supplies power to the application electrode, a plasma discharge region is formed in the space formed by the first dielectric and the second dielectric.
Accordingly, the ground side electrode is located in the space regardless of whether the object to be processed is located at the position facing the application electrode and the first dielectric, so that there is no space between the application electrode and the ground side electrode. The plasma discharge region can always be formed continuously in the inside.
[0018]
In addition, since the ground side electrode is disposed so as to be exposed in the space formed between the first dielectric and the second dielectric, a conductive pattern is formed in an arbitrary shape on the surface of the object to be processed. Even if it has been done, the predetermined treatment can be performed uniformly in the plasma discharge region over the entire surface of the object to be treated. The reason for this is that in the present invention, a plasma discharge region is directly formed between the application electrode and the surface of the object to be processed. Since the discharge region is formed, the plasma discharge region is formed uniformly on the surface of the object regardless of the shape or presence of the conductive pattern formed on the surface of the object. Can do it.
[0019]
According to an eighth aspect of the present invention, in the configuration of the seventh aspect, the surface to be processed, the first dielectric, and the second dielectric form the space.The lower surface of the second dielectric is parallel to the surface to be processed,The processing gas in the space is discharged outside the space from a slit-like gas outlet formed between the second dielectric and the surface to be processed.
According to the above configuration, the surface to be processed of the object to be processed, the first dielectric, and the second dielectric form a space so as to surround. The processing gas in the space can be discharged out of the space from the slit-shaped gas outlet after being used in plasma discharge. Thus, by making the gas outlet portion into a slit shape, the concentration of the processing gas in the space can be increased.
[0020]
According to a ninth aspect, in the configuration of the eighth aspect,The lower surface of the second dielectric is parallel to the surface to be processed,The first dielectric and the second dielectric form the space, and the processing gas in the space is a slit-like gas formed between the second dielectric and the surface to be processed. It is characterized by being discharged from the outlet to the outside of the space.
According to the above configuration, the surface to be processed of the object to be processed, the first dielectric, and the second dielectric form a space so as to surround. The processing gas in the space can be discharged out of the space from the slit-shaped gas outlet after being used in plasma discharge. Thus, by making the gas outlet portion into a slit shape, the concentration of the processing gas in the space can be increased.
[0021]
According to a tenth aspect of the invention, in any one of the seventh aspect to the ninth aspect of the invention, the ground side electrode circulates a cooling medium for cooling the ground side electrode from a cooling medium supply unit. It is characterized by.
According to the above configuration, when the plasma discharge is formed between the application electrode and the ground side electrode, even if the heat generated by the ground side electrode becomes high, the cooling medium can surely cool it. This eliminates the need for a dielectric for protecting the ground electrode, and simplifies the structure. Further, the plasma discharge region can be formed continuously.
[0022]
An eleventh invention is characterized in that, in the structure of the tenth invention, the plasma discharge region is generated at atmospheric pressure or in vacuum.
According to the above configuration, if the plasma discharge region can be generated at atmospheric pressure, the structure of the plasma processing apparatus can be simplified as compared with the case where the plasma discharge region is generated in vacuum.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
First embodiment
FIG. 1 shows a preferred embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
The plasma processing apparatus in FIG. 1 is a so-called open-type atmospheric pressure plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 10 can also be called a surface processing apparatus.
In the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1, for example, excited active species of a reactive gas generated in a plasma discharge region formed under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure is applied to a surface 21 to be processed. It is an apparatus for exposing and performing a predetermined process on the surface 21 of the object 20 to be processed.
[0024]
The workpiece 20 is also called a workpiece. The plasma processing apparatus 10 uses an excited active species of a reaction gas chemically generated by a plasma discharge region under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure, so that a relatively low cost surface that does not require vacuum equipment. It is a processing device.
[0025]
The structure of the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 will be described.
The plasma processing apparatus 10 includes a high frequency AC power supply 15, a
The high frequency AC power supply 15 shown in FIG. 1 is grounded, and the ground side electrode 13 is also grounded. The high frequency AC power supply 15 supplies high frequency AC power to the application electrode 11.
[0026]
The plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 forms a plasma discharge region 25 in the space S by a discharge between the application electrode 11 and the ground side electrode 13. The plasma processing apparatus 10 performs a predetermined surface treatment on the surface 21 to be processed by the formed plasma discharge region 25 under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
At this time, since the excited active species of the reactive gas generated in the plasma discharge region 25 is directly exposed to the surface to be processed 21 of the object to be processed 20, the surface to be processed of the object to be processed 20 with a high surface treatment rate. 21 can be processed.
[0027]
The application electrode 11 shown in FIG. 1 is a substantially rectangular or square electrode when viewed in cross section. Similarly, the earth-side electrode 13 is a rectangular or square electrode as viewed in the cross section of FIG.
The application electrode 11 and the ground side electrode 13 are made of a metal material having good conductivity, such as aluminum, copper, stainless steel, titanium, tungsten, or the like.
As the material of the first dielectric 31 and the second dielectric 32, for example, ceramics such as alumina and silicon nitride, quartz, and the like are used.
[0028]
FIG. 2 further shows the application electrode 11, the ground side electrode 13, and the space S vicinity of the plasma processing apparatus 10 of FIG. 1 in an enlarged manner.
As shown in FIGS. 1 and 2, the first dielectric 31 fixes the application electrode 11 in close contact. The first dielectric 31 has
The
[0029]
The second dielectric 32 shown in FIGS. 1 and 2 is formed surrounding the space S together with the first dielectric 31. The
The second dielectric 32 has a portion 51 and a portion 52. The part 51 has a gas inlet 53. The portion 51 is fixed in close contact with the
[0030]
The gas inlet 53 of FIG. 1 is connected to the
The mixed gas in the
[0031]
A slit-like gas outlet portion 63 is formed between the
The
[0032]
The transport unit 35 shown in FIG. 1 is for transporting the workpiece 20 in a linear direction along the transport direction T, for example. For this purpose, the transport unit 35 is, for example, a plate-like member, and the transport unit 35 transports the workpiece 20 along the transport direction T by driving of the
The conveyance unit 35 is a plate-like member, but is not made of metal but is made of a dielectric or insulating material.
[0033]
Next, the characteristics of the ground side electrode 13 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
The ground side electrode 13 is connected to the cooling
Thus, even when the ground side electrode 13 generates heat when generating the plasma discharge region 25, the temperature of the ground side electrode 13 can be lowered by passing this cooling water through the cooling water circulation passage 71. In this way, a dielectric for protecting the earth side electrode is unnecessary, and the structure can be simplified. Further, the plasma discharge region 25 generated between the application electrode 11 and the ground side electrode 13 can be continuously formed.
[0034]
The first dielectric 31 and the second dielectric 32 completely separate the gas inlet portion 53 and the application electrode 11 shown in FIG. 1 to prevent the generation of unnecessary plasma discharge. This is a member for forming near the
The plasma processing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 is a so-called open type plasma processing apparatus in which the space S and the plasma discharge region 25 are opened with respect to the surface 21 of the object 20 to be processed as described above. . That is, the plasma processing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 has a configuration in which the space S and the plasma discharge region 25 are completely opened to the surface 21 to be processed.
[0035]
Next, an example in which, for example, ashing surface treatment is performed on the surface to be processed 21 of the object to be processed 20 by the plasma processing apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2 will be described.
FIG. 3 shows an example of the form of the workpiece 20. 3A is a plan view of the object 20 to be processed, and FIG. 3B is a perspective view of the object 20 to be processed.
The object 20 shown in FIG. 3 uses a glass substrate 20A. In the glass substrate 20A, the half surface area is the glass surface 20B and the other half surface area is the metal surface 20C. A
[0036]
The area of the glass surface 20B and the area of the metal surface 20C are set to be the same.
The metal surface 20C is a portion instead of a conductive wiring pattern on a normal surface of a glass substrate, for example. In the normal object 20 to be processed, a complicated conductive pattern portion is formed in a predetermined pattern shape.
However, in the example of the workpiece 20 in FIG. 3, the metal surface 20C is formed in a rectangular shape for the sake of simplicity. If this object 20 is used, it is possible to compare, for example, the ashing capability on the metal surface 20C and the glass surface 20B.
[0037]
In FIG. 1, the high frequency AC power supply 15 supplies high frequency AC power to the application electrode 11. Thereby, a plasma discharge region 25 is formed between the application electrode 11 and the ground side electrode 13.
The
As a result, in the plasma discharge region 25, atmospheric pressure plasma is generated and excited reactive species of the reactive gas are generated. This excited active species performs, for example, an ashing process on the surface 21 of the object 20 to be processed. Ashing is performed on the glass surface 20B and the metal surface 20C shown in FIGS. 3 (A) and 3 (B).
[0038]
FIG. 4A shows an example in which an ashing process is performed by the so-called open type plasma processing apparatus 10 shown in FIGS.
The high-frequency AC power supplied by the plasma processing apparatus 10 in FIG. 4A is, for example, 300 W, the flow rate of He gas is 20 L / min, and O2The gas flow rate is 50 ccm. By such an ashing process, the ashing amount of the glass surface shown in FIG. 3 is 74 nm / min, and the ashing amount of the metal surface 20C is 78 nm / min. That is, it can be seen that there is almost no difference in the ashing amount on the glass surface 20B and the metal surface 20C.
This indicates that even if both the glass surface 20B and the metal surface 20C are present in the object 20 to be processed, the ashing process can be performed almost uniformly over the entire surface of the object 20 to be processed.
The ashing amount refers to a rate at which the resist film is scraped from the surface of the glass surface 20B and the surface of the metal surface 20C. Here, nm / min is used as a unit. This is a rate of how many nm of normal I-line resist is ashed and the film thickness is reduced per minute.
[0039]
As shown in FIG. 2, since the
Thus, even if the earth-side dielectric 80 is formed on the
[0040]
In FIG. 1 and FIG. 2, the mixed gas which is not used among the mixed gas supplied in the space S is discharged to the outside of the space S along the arrows A2 and A3. In this case, the slit-shaped gas outlets 63 and 67 can increase the concentration of the mixed gas in the space S because the sectional shape of the opening is small. Thereby, for example, a surface treatment rate such as an ashing treatment can be increased.
[0041]
The ground side electrode 13 in FIGS. 1 and 2 is located in the recess 44 and is exposed to the space S. If the ground-side electrode 13 continuously forms the plasma discharge region 25, heat is generated, but this heat can be taken away by circulating the cooling water from the cooling
Therefore, a dielectric for protecting the ground side electrode is unnecessary, and the structure can be simplified. Further, in the space S between the application electrode 11 and the ground side electrode 13, the plasma discharge region 25 can be continuously and stably formed.
In this way, even if the resistance value of the surface of the object to be processed 20 with the glass surface 20B and the metal surface 20C in FIG. Surface treatment such as treatment can be performed uniformly.
[0042]
Second embodiment
FIG. 5 shows another embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
A plasma processing apparatus 110 shown in FIG. 5 is a closed type plasma processing apparatus in which the space S is closed.
The plasma processing apparatus 110 in FIG. 5 includes a high-frequency AC power supply 15, an application electrode 11, a ground-side electrode 13, a first dielectric 31, a second dielectric 32, a
[0043]
The application electrode 11 and the first dielectric 31 may be the same as the application electrode 11 and the first dielectric 31 shown in FIG. The ground side electrode 13 in FIG. 5 is the same as the ground side electrode 13 in FIG.
The constituent elements of the plasma processing apparatus 110 in FIG. 5 are different from the constituent elements of the plasma processing apparatus 10 in FIG. 1 in the structure of the second dielectric 32. The other components of the plasma processing apparatus 110 of FIG. 5 are the same as the corresponding components of the plasma processing apparatus 10 of FIG.
[0044]
The second dielectric 32 shown in FIG. 5 has a part 151, a part 152, and a part 153. The part 151 and the part 152 are fixed in close contact with the
The portion 153 of the second dielectric 32 is fixed in close contact with the
[0045]
The
The part 152, the part 153, and the first dielectric 31 are parallel to the workpiece 20.
The high frequency AC power supply 15 supplies high frequency AC power to the application electrode 11, so that the application electrode 11 and the ground side electrode 13 form a plasma discharge region 25 in the space S. The plasma discharge region 25 is a portion close to the
[0046]
When the target object 20 shown in FIG. 3 is subjected to, for example, ashing using the plasma processing apparatus 110 shown in FIG. 5, a result as shown in FIG. 4B is obtained. That is, the high frequency AC power of the high frequency AC power supply 15 is 300 W, the flow rate of He gas is 20 L / m, and O2When the gas flow rate was 50 ccm, the ashing amount was 54 nm / min on both the glass surface 20B and the metal surface 20C. That is, the same ashing amount was obtained on both the glass surface 20B and the metal surface 20C.
Therefore, as compared with the open type plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1, the closed type plasma processing apparatus 110 shown in FIG. 5 performs a more uniform ashing process on the target surface 21 of the target object 20. It can be carried out.
In contrast, the open-type plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 has a simpler structure than the closed-type plasma processing apparatus 110 shown in FIG.
[0047]
Third embodiment
FIG. 6 shows a third embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
A plasma processing apparatus 210 shown in FIG. 6 is a so-called open type plasma processing apparatus. The plasma processing apparatus 210 shown in FIG. 6 includes a high-frequency AC power supply 15, an application electrode 11, a ground-side electrode 13, a first dielectric 231, a second dielectric 232, a transport unit 35, a
The application electrode 11 of the plasma processing apparatus 210 is fixed to the flat first dielectric 231. Since the first dielectric 231 has a flat plate shape, it is simplified compared to the structure of the first dielectric 31 shown in FIG.
[0048]
The second dielectric 232 has a part 251 and a part 252. The portion 251 is fixed to the
The portion 252 is fixed to the
The inner surfaces 231 </ b> A and 231 </ b> B of the first dielectric 231 form a space S with the portions 251 and 252 of the second dielectric 232. The application electrode 11 is fixed to the
The ground-side electrode 13 has a circulation passage 71, and the ground-side electrode 13 can be cooled in the circulation passage 71 by circulating cooling water from the cooling
[0049]
A slit-like gas outlet 63 is formed between the lower surface 251 </ b> A of the portion 251 and the surface 21 of the workpiece 20. Similarly, a slit-like gas outlet 67 is formed between the portion 252 and the surface 21 to be processed.
The mixed gas supplied from the
[0050]
Fourth embodiment
FIG. 7 shows a fourth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
A plasma processing apparatus 310 shown in FIG. 7 is a so-called closed type plasma processing apparatus.
The application electrode 11, the first dielectric 231, the transport unit 35, the
The plasma processing apparatus 310 in FIG. 7 is different from the plasma processing apparatus 210 in FIG. 6 in the structure of the second dielectric 332.
[0051]
The second dielectric 332 includes a part 351, a part 352, and a part 353.
The portion 351 is fixed to the
[0052]
The mixed gas supplied from the
The processing gas of the mixed gas introduced into the space S generates excited active species by the plasma discharge region 25 and passes along the A2 and A3 directions through the
[0053]
Fifth embodiment
FIG. 8 shows a fifth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
The plasma processing apparatus 410 of FIG. 8 has the same structure as that of the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. The plasma processing apparatus 410 of FIG. 8 differs from the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. In FIG. 8, the transport unit 435 includes a plurality of
[0054]
Sixth embodiment
FIG. 9 shows a sixth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
The plasma processing apparatus 510 shown in FIG. 9 is different from the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 in the following points. That is, the plasma processing apparatus 510 shown in FIG. 9 is a vacuum plasma processing apparatus. On the other hand, the plasma processing apparatus 10 shown in FIG. 1 is an atmospheric pressure plasma processing apparatus that performs plasma processing under atmospheric pressure or a pressure near atmospheric pressure.
[0055]
The application electrode 11, the first dielectric 31, the second dielectric 32, the ground-side electrode 13, the workpiece 20, and the transfer unit 35 of the plasma processing apparatus 510 of FIG. 9 are accommodated in the
[0056]
Returning to FIG. 4, FIG. 4C shows an ashing process on the object 20 shown in FIG. 3 using a plasma processing apparatus in which a conventional application electrode and a flat earth-side electrode face each other as a comparative example. An example is shown.
The high frequency AC power is 300 W, the flow rate of He gas is 20 L / m, and O2When the gas flow rate is 50 ccm, the ashing amount is 45 nm / min on the glass surface 20B, whereas the ashing amount is 102 nm / min on the metal surface 20C.
[0057]
As described above, when the conventional plasma processing apparatus is used, the glass surface 20B and the metal surface 20C having different resistance values cause a large opening of twice or more in the value of the ashing amount.
On the other hand, as already described, in the embodiment of the present invention in FIGS. 4A and 4B, the difference in ashing amount between the glass surface 20B and the metal surface 20C is almost the same or the same. .
[0058]
For this reason, by using the plasma processing apparatus of the present invention, it is possible to perform, for example, an ashing process that is uniform over the entire surface of the object to be processed even when the resistance value is different on the surface of the object to be processed. It can be done.
In the above-described embodiment, the processing example performed by the plasma processing apparatus is the ashing processing.
However, the present invention is not limited to this, He gas is used as the carrier gas, and CF4By using this, etching treatment or water repellent treatment can be performed. Also, ashing can be performed by using only He gas, and O2It is also possible to perform ashing processing by using only.
[0059]
In the embodiment of the present invention, by appropriately selecting the type of carrier gas and processing gas of the mixed gas, as described above, etching, ashing, and surface modification (for example, hydrophilic processing) are performed on the surface to be processed. Or water repellency treatment), cleaning, film formation treatment, or the like.
In the plasma processing apparatus of the present invention, the ground side electrode is disposed so as to be exposed to the space S, and a plasma discharge region can always be formed between the application electrode and the ground side electrode. Thus, the plasma processing apparatus of the present invention is a so-called continuous discharge type plasma processing apparatus that can continuously form a plasma discharge region regardless of whether a substrate is a target object, for example, a substrate.
[0060]
Further, since the plasma processing apparatus of the present invention is not structured to discharge directly to the object to be processed, depending on the material of the object to be processed and the shape of the conductive pattern portion formed on the object to be processed, the plasma discharge state Does not change. Therefore, a predetermined process such as an ashing process can be performed uniformly over the entire surface regardless of the surface state of the object to be processed.
In the embodiment of the present invention, it is not necessary to provide a dielectric on the ground side electrode, and an insulating film that is an oxide film can be naturally formed on the surface where the ground side electrode is exposed to the space S. Thus, the structure of the plasma processing apparatus can be simplified.
[0061]
In the embodiment of the present invention, the object to be processed is, for example, a substrate for a liquid crystal display device or a substrate for an OLED (organic light emitting diode) display.
However, the present invention is not limited to this, and the object to be processed may be a silicon wafer or a plastic plate in addition to the glass substrate. Of course, the object to be processed may be TAB (tape autobonding) or a lead frame.
The thickness of the dielectric as the insulating film formed on the surface of the ground side electrode does not hinder processing uniformity when processing is performed by the plasma processing apparatus.
By increasing the thickness of the ground side electrode, a cooling medium such as cooling water can be circulated in the ground side electrode. This eliminates the need for a dielectric for protecting the ground side electrode from heat. Therefore, the structure of the plasma processing apparatus can be simplified.
[0062]
The plasma processing apparatus of the present invention can uniformly process a predetermined process such as an ashing process over the entire surface even though there is a non-uniform distribution of resistance values on the surface of an object to be processed such as a substrate.
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims.
A part of each configuration of the above embodiment can be omitted, or can be arbitrarily combined so as to be different from the above.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view showing a central portion of the plasma processing apparatus of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing an example of an object to be processed that is processed by the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a comparison of ashing amounts in an open type plasma processing apparatus of the present invention and a closed type plasma processing apparatus of the present invention, and a conventional plasma processing apparatus of a comparative example.
FIG. 5 is a view showing a second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 6 is a view showing a third embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 7 is a view showing a fourth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 8 is a view showing a fifth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
FIG. 9 is a view showing a sixth embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Applied electrode, 13 ... Ground side electrode, 15 ... High frequency alternating current power source, 20 ... To-be-processed object, 21 ... To-be-processed surface, 25 ... Plasma discharge area | region, 31 ... First dielectric 32, second dielectric 44, first dielectric recess 63, 67 slit-shaped
Claims (11)
前記高周波交流電源が接続された印加電極と、
前記被処理体に対面するように前記印加電極側に配置された第１誘電体と、
前記第１誘電体とにより前記処理ガスが供給される空間を囲んで形成している第２誘電体と、
前記空間内に前記プラズマ放電領域を形成するために前記空間にその表面を露出して配置されたアース側電極と、を有し、
前記第１誘電体は、薄肉部分と厚肉部分を有し、
前記薄肉部分と前記厚肉部分の表面側には、前記印加電極が固定され、
前記厚肉部分は、凹部を有し、この凹部に前記アース側電極が埋め込むように配置固定され、
前記第１誘電体の前記空間側の面は平面を形成し、
この面と前記アース側電極の前記表面は、前記被処理体の前記被処理面と平行に設定されていること
を特徴とするプラズマ処理装置。In a plasma processing apparatus for generating a plasma discharge region by a high-frequency AC power source, and performing processing on a surface to be processed by generating excited active species of a processing gas in the plasma discharge region,
An application electrode to which the high-frequency AC power supply is connected;
A first dielectric disposed on the application electrode side so as to face the object to be processed;
A second dielectric formed surrounding the space to which the processing gas is supplied by the first dielectric;
An earth-side electrode disposed to expose the surface of the space to form the plasma discharge region in the space ;
The first dielectric has a thin part and a thick part,
On the surface side of the thin part and the thick part, the application electrode is fixed,
The thick-walled portion has a recess, and is arranged and fixed so that the earth-side electrode is embedded in the recess,
The space-side surface of the first dielectric forms a plane,
The plasma processing apparatus , wherein the surface and the surface of the ground side electrode are set in parallel to the surface to be processed of the object to be processed .
前記被処理体に対面するように印加電極側に配置された第１誘電体と、前記第１誘電体に接続された第２誘電体は、前記処理ガスを供給するための空間を囲んで形成しており、
前記高周波交流電源が接続された前記印加電極と、前記空間内にその表面を露出して配置されたアース側電極との間では、前記空間内において前記プラズマ放電領域を形成し、
前記第１誘電体は、薄肉部分と厚肉部分を有し、
前記薄肉部分と前記厚肉部分の表面側には、前記印加電極が固定され、
前記厚肉部分は、凹部を有し、この凹部に前記アース側電極が埋め込むように配置固定され、
前記第１誘電体の前記空間側の面は平面を形成し、
この面と前記アース側電極の前記表面は、前記被処理体の前記被処理面と平行に設定されている
ことを特徴とするプラズマ処理方法。In a plasma processing method for generating a plasma discharge region by a high-frequency AC power source, and generating a processing gas excitation active species in the plasma discharge region to process a surface to be processed.
A first dielectric disposed on the application electrode side so as to face the object to be processed and a second dielectric connected to the first dielectric are formed surrounding a space for supplying the processing gas. And
Between the application electrode to which the high-frequency AC power supply is connected and the ground-side electrode disposed with its surface exposed in the space, the plasma discharge region is formed in the space ,
The first dielectric has a thin part and a thick part,
On the surface side of the thin part and the thick part, the application electrode is fixed,
The thick-walled portion has a recess, and is arranged and fixed so that the earth-side electrode is embedded in the recess,
The space-side surface of the first dielectric forms a plane,
The plasma processing method , wherein the surface and the surface of the ground side electrode are set in parallel to the surface to be processed of the object to be processed .
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