JP4202292B2 - Plasma processing equipment - Google Patents
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Description
この発明は、プラズマの生成、制御技術を応用することで、表面改質、洗浄、加工、成膜等の処理を行うプラズマ処理装置に関し、例えば、半導体、液晶表示素子やEL(エレクトロルミネッセンス)パネルやPDP(プラズマディスプレイパネル)をはじめとするフラットパネルディスプレイ、太陽電池等を製造する装置で用いられるプラズマ処理装置に関する。 The present invention relates to a plasma processing apparatus that performs processing such as surface modification, cleaning, processing, and film formation by applying plasma generation and control technology, such as semiconductors, liquid crystal display elements, and EL (electroluminescence) panels. The present invention relates to a plasma processing apparatus used in an apparatus for manufacturing flat panel displays such as PDP (Plasma Display Panel) and solar cells.
従来、半導体、フラットパネルディスプレイ、太陽電池等の製造工程では、減圧下で発生させたプラズマを利用し、ガラス基板(以下、基板という)や半導体ウエハ(以下、ウエハという)等に対して、改質、洗浄、加工、成膜等の処理を行ってきた。 Conventionally, in the manufacturing process of semiconductors, flat panel displays, solar cells, etc., plasma generated under reduced pressure is used to modify glass substrates (hereinafter referred to as substrates) and semiconductor wafers (hereinafter referred to as wafers). Processes such as quality, cleaning, processing, and film formation have been performed.
近年、コスト競争力強化の激化に伴って真空チャンバーや排気装置など大掛かりな設備を必要としない大気圧プラズマ技術への注目度が高まってきている。この大気圧プラズマ技術は、表面改質や洗浄、ドライエッチングといった一部のプロセスにおいては実用化されつつある。 In recent years, with the intensification of cost competitiveness, attention has been focused on atmospheric pressure plasma technology that does not require large-scale facilities such as a vacuum chamber and an exhaust device. This atmospheric pressure plasma technology is being put into practical use in some processes such as surface modification, cleaning, and dry etching.
大気圧プラズマ処理装置の代表的な従来例としては、特許文献1(特開平7-118857号公報)に記載されているものが挙げられる。この従来例について、図13を参照して説明する。 As a typical conventional example of an atmospheric pressure plasma processing apparatus, one described in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 7-118857) can be cited. This conventional example will be described with reference to FIG.
図13は、上記特許文献1に記載されたプラズマ処理装置の一例を示す模式断面図である。
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing an example of the plasma processing apparatus described in
図13において、101は電源、102は処理容器、102aは上面、102bは底面、102cは側面、102dは絶縁体、103は多孔金属電極、103aはガスの流路、103bは開孔、104は金属電極、105はプラズマ処理部、106は第1の固体誘電体、107は基板、108は第2の固体誘電体、109はガス導入口、110はガス導入管、110aはガス導入口、110bはガス出口、111は気体排出口、112は排出口である。
In FIG. 13, 101 is a power source, 102 is a processing container, 102a is a top surface, 102b is a bottom surface, 102c is a side surface, 102d is an insulator, 103 is a porous metal electrode, 103a is a gas flow path, 103b is an opening, 104 is
この従来例では、金属電極104の一面に第1の固体誘電体106が設けられ、第1の固体誘電体106と対向して多孔金属電極103が設けられ、多孔金属電極103は反応用ガスを供給可能とされ、第1の固体誘電体106と多孔金属電極103の間は側面が第2の固体誘電体108で覆われた空間とされている。
In this conventional example, a first solid dielectric 106 is provided on one surface of a
このプラズマ処理装置は、第2の固体誘電体108で覆われた空間内に基板107を設置して、この基板107に不活性ガスを供給すると共に、多孔金属電極103を介して基板107に反応用ガスを供給する。そして、大気圧近傍の圧力下で、電極103に電圧を与えてグロー放電プラズマを発生させて、そのプラズマによって励起された活性種を基板107の表面に接触させて、基板107の表面処理を行う。
In this plasma processing apparatus, a
また、対向する電極104と電極103のうちの電極104は、対向面に第1の固体誘電体106を配設した金属電極104であり、電極103は反応用ガスを供給可能な多孔金属電極103である。なお、この特許文献1では、更に、多孔金属電極と金属電極はどちらか一方が陽極側、他方が陰極側となるように接続され、上下は逆になってもよいとも記載されている。
Further, of the
つまり、上記特許文献1では、以下の(i)〜(vii)のことが記載されている。
That is, in the said
(i) 被処理物(基板107)は対向する電極間に置かれること、
(ii) 対向する電極の少なくとも一方の対向面側に固体誘電体を設けること、
(iii) 対向電極間に反応用ガスを供給すること、
(iv) 反応用ガスは多孔金属電極の中を通って供給されること、
(v) 対向する2つの電極に与えられる電圧は異なる極性であるがいずれか一方は地絡されること、
(vi) グロー放電プラズマが生成されるのは対向する2つの電極間であること、
(vii) 多孔金属電極単体、或いは金属電極単体ではグロー放電プラズマが生成されない(電極が対となってはじめてプラズマが生成される)こと。
(i) the object to be processed (substrate 107) is placed between the opposing electrodes;
(ii) providing a solid dielectric on at least one opposing surface side of the opposing electrodes;
(iii) supplying a reaction gas between the counter electrodes;
(iv) the reaction gas is supplied through the porous metal electrode;
(v) The voltages applied to the two opposing electrodes have different polarities, but one of them is grounded;
(vi) Glow discharge plasma is generated between two opposing electrodes;
(vii) No glow discharge plasma is generated with a single porous metal electrode or a single metal electrode (plasma is generated only when the electrodes are paired).
しかしながら、上記従来のプラズマ発生装置では以下の(a)〜(f)に示すような課題がある。 However, the conventional plasma generator has the following problems (a) to (f).
(a) 対向する固体誘電体と多孔金属電極の間の距離が大きくなると、放電が不安定になったり、放電の局所化が起こったり、放電自体が起こらなくなったりする。 (a) When the distance between the opposing solid dielectric and the porous metal electrode is increased, the discharge becomes unstable, the discharge is localized, or the discharge itself does not occur.
(b) 上記(a)のような場合に、印加電圧を上げることで放電を安定化させようとすると被処理物にダメージが発生する。 (b) In the case of (a) above, if an attempt is made to stabilize the discharge by increasing the applied voltage, the workpiece will be damaged.
(c) 処理ガスの分解が進みにくくガスの利用効率が低い。 (c) The decomposition of the processing gas is difficult to proceed and the gas utilization efficiency is low.
(d) 装置化した場合に大掛かりになる、被処理物を所定の平面上で移動させながら処理する平流し処理が実現し難い。 (d) It is difficult to realize a flat-flow process in which processing is performed while moving an object to be processed on a predetermined plane, which becomes a large scale when the apparatus is realized.
(e) 対向する固体誘電体と多孔金属電極の間の距離が小さくなると多孔金属電極の開孔パターンに起因する処理ムラが発生する。 (e) When the distance between the opposing solid dielectric and the porous metal electrode is reduced, processing unevenness due to the aperture pattern of the porous metal electrode occurs.
(f) 対向する固体誘電体と多孔金属電極の間の距離を調整し難い。
そこで、この発明の課題は、大気圧下でワークディスタンスの制御範囲が広い安定したプラズマを発生させることが可能で、低ランニングコストと高速処理を両立できるプラズマ処理装置を提供することにある。さらには、周辺機器や人体に対する障害をなくした安全で安価なプラズマ処理装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a plasma processing apparatus capable of generating stable plasma with a wide work distance control range under atmospheric pressure and achieving both low running cost and high speed processing. Furthermore, it is providing the safe and cheap plasma processing apparatus which eliminated the obstacle with respect to a peripheral device or a human body.
上記課題を解決するため、この発明のプラズマ処理装置は、被処理物が配置されるプラズマ処理空間に所定の処理ガスを供給するガス供給部と、
上記プラズマ処理空間に対向すると共に上記プラズマ処理空間に電界を発生させる第1の電極と、
上記プラズマ処理空間に対向すると共に上記プラズマ処理空間を挟んで上記第1の電極に対向し、かつ、上記第1の電極との間に電界を形成することで上記プラズマ処理空間に電界を形成して上記処理ガスをプラズマ化する第2の電極と、
上記プラズマ処理空間に対向する上記第1の電極の対向面に隣り合う上記第1の電極の側面に対して所定の間隙を隔てて対向すると共に上記所定の間隙に電界を形成して上記処理ガスをプラズマ化する第3の電極と、
上記第1の電極に第1の電力を供給する第1の電力供給部とを備え、
上記第1の電極の上記対向面と上記側面とは凸湾曲面で連なっており、
上記第1の電極の対向面は上記プラズマ処理空間に対向する平坦面であり、かつ、上記第2の電極は上記第1の電極の平坦面に対向する平坦面を有し、
上記ガス供給部が供給する処理ガスが、上記第1の電極の側面と上記第3の電極との間の上記間隙を通過した後に、上記第1の電極と第2の電極との間の上記プラズマ処理空間を通過する構造とし、
さらに、上記第3の電極は地絡されており、
上記第1の電極に供給される第1の電力と上記第2の電極に供給される第2の電力とは、位相または振幅の少なくとも一方が異なることを特徴としている。
In order to solve the above problems, a plasma processing apparatus of the present invention includes a gas supply unit that supplies a predetermined processing gas to a plasma processing space in which an object to be processed is disposed,
A first electrode facing the plasma processing space and generating an electric field in the plasma processing space;
An electric field is formed in the plasma processing space by facing the plasma processing space, facing the first electrode across the plasma processing space, and forming an electric field with the first electrode. A second electrode for converting the processing gas into plasma,
The processing gas is opposed to the side surface of the first electrode adjacent to the facing surface of the first electrode facing the plasma processing space with a predetermined gap and an electric field is formed in the predetermined gap. A third electrode for converting to plasma;
A first power supply unit for supplying first power to the first electrode,
The opposing surface and the side surface of the first electrode are connected by a convex curved surface ,
The facing surface of the first electrode is a flat surface facing the plasma processing space, and the second electrode has a flat surface facing the flat surface of the first electrode,
After the processing gas supplied by the gas supply unit passes through the gap between the side surface of the first electrode and the third electrode, the processing gas between the first electrode and the second electrode is used. A structure that passes through the plasma processing space,
Furthermore, the third electrode is grounded,
The first power supplied to the first electrode and the second power supplied to the second electrode are characterized in that at least one of phase or amplitude is different .
この発明のプラズマ処理装置では、上記第1の電極は上記第1の電力供給部から第1の電力が供給されて、第2の電極との間に電界を形成することで、上記プラズマ処理空間に上記電界を形成する。一方、上記ガス供給部は上記プラズマ処理空間に処理ガスを供給する。これにより、この処理ガスは、大気圧下で、上記プラズマ処理空間に形成された上記電界によって、プラズマ化される。このプラズマ化された処理ガスによって、上記プラズマ処理空間に配置された被処理物がプラズマ処理される。 In the plasma processing apparatus of the present invention, the first electrode is supplied with the first power from the first power supply unit, and an electric field is formed between the first electrode and the second electrode. The above electric field is formed. On the other hand, the gas supply unit supplies a processing gas to the plasma processing space. As a result, the processing gas is turned into plasma by the electric field formed in the plasma processing space under atmospheric pressure. The object to be processed disposed in the plasma processing space is subjected to plasma processing by the plasma processing gas.
このとき、上記第1の電極の側面と上記第3の電極との間にも電界が形成され、この電界によって、上記第1の電極の側面と上記第3の電極との間に存在する処理ガスがプラズマ化される。すなわち、上記第1の電極の側面と上記第3の電極との間の空間が予備放電領域となり、この予備放電領域で発生されたプラズマが、上記プラズマ処理空間と上記第1の電極との間の領域にまで達すると、上記プラズマにより、上記プラズマ処理空間に対して直接に、電子や励起種が供給される。ここで、この現象を沿面放電という。 At this time, an electric field is also formed between the side surface of the first electrode and the third electrode, and the process existing between the side surface of the first electrode and the third electrode is caused by this electric field. The gas is turned into plasma. That is, the space between the side surface of the first electrode and the third electrode becomes a preliminary discharge region, and the plasma generated in the preliminary discharge region is between the plasma processing space and the first electrode. When reaching this region, electrons and excited species are directly supplied to the plasma processing space by the plasma. Here, this phenomenon is called creeping discharge.
このように、上記予備放電領域においてプラズマを発生させることで、プラズマ処理空間に直接に電子や励起種を供給するので、上記プラズマ処理空間においてプラズマが未発生である場合には、プラズマ処理空間における放電開始をアシストでき、上記プラズマ処理空間において放電中である場合には、放電を安定化できる。 In this way, by generating plasma in the preliminary discharge region, electrons and excited species are directly supplied to the plasma processing space. Therefore, when plasma is not generated in the plasma processing space, The discharge start can be assisted, and the discharge can be stabilized when the discharge is being performed in the plasma processing space.
この発明によれば、上記沿面放電を活用することで、次の(I)〜(VI)のような効果を期待できる。 According to the present invention, the following effects (I) to (VI) can be expected by utilizing the creeping discharge.
(I) 第1の電極と第2の電極との間のワークディスタンスの制御範囲を広げることが可能となる。 (I) The control range of the work distance between the first electrode and the second electrode can be expanded.
(II) プラズマ処理空間に加えて、予備放電領域でも処理ガスの分解が行われるので、処理ガスの利用効率が高くなる。 (II) Since the processing gas is decomposed in the preliminary discharge region in addition to the plasma processing space, the utilization efficiency of the processing gas is increased.
(III) 従来のプラズマ発生装置に比べて、プラズマ処理空間での電界を弱くしても、プラズマを維持でき、結果的に被処理物へのダメージを低減できる。 (III) Compared with the conventional plasma generator, the plasma can be maintained even if the electric field in the plasma processing space is weakened. As a result, damage to the object to be processed can be reduced.
(IV) 装置がコンパクトになり、平流し処理が容易になる。 (IV) The equipment becomes compact and flat flow treatment becomes easy.
(V) 上記ガス供給部を上記第1の電極の背面側に配置して第1の電極の側面と第3の電極との間の予備放電領域に処理ガスを供給する構造とすることで、ガス供給部のガス噴出口をプラズマ処理空間から離隔することが可能となるので、このガス噴出口の開口パターンに起因する処理ムラが発生し難くなる。 (V) By arranging the gas supply unit on the back side of the first electrode and supplying a processing gas to a preliminary discharge region between the side surface of the first electrode and the third electrode, Since the gas outlet of the gas supply section can be separated from the plasma processing space, processing unevenness due to the opening pattern of the gas outlet is less likely to occur.
(VI) 第1の電極と第2の電極との間の距離を調整し易くなる。 (VI) It becomes easy to adjust the distance between the first electrode and the second electrode.
したがって、この発明によれば、大気圧下でワークディスタンスの制御範囲が広い安定したプラズマを発生させることが可能で、低ランニングコストと高速処理を両立できるプラズマ処理装置を実現できる。 Therefore, according to the present invention, it is possible to generate a stable plasma with a wide work distance control range under atmospheric pressure, and to realize a plasma processing apparatus that can achieve both low running cost and high speed processing.
また、一実施形態のプラズマ処理装置は、上記第1の電極の上記対向面と上記側面とを覆う第1の誘電体部と、
上記第1の電極の上記側面に対向する上記第3の電極の側面を覆う第2の誘電体部とを有し、
上記第1の誘電体部と上記第2の誘電体部とは、所定の間隙を隔てて対向している。
The plasma processing apparatus according to an embodiment includes a first dielectric portion that covers the facing surface and the side surface of the first electrode,
A second dielectric portion covering the side surface of the third electrode facing the side surface of the first electrode,
The first dielectric part and the second dielectric part are opposed to each other with a predetermined gap.
この実施形態では、上記第1の電極の対向面と側面とを覆う第1の誘電体部と、第3の電極の側面を覆う第2の誘電体部とを備えたので、第1の電極と第3の電極が放電によってダメージを受けるのを防ぐことができる。 In this embodiment, the first electrode is provided with the first dielectric portion that covers the opposing surface and the side surface of the first electrode, and the second dielectric portion that covers the side surface of the third electrode. And the third electrode can be prevented from being damaged by discharge.
また、一実施形態のプラズマ処理装置は、上記第3の電極は地絡されており、
上記第2の電極に第2の電力を供給する第2の電力供給部を有し、
上記第1の電力供給部が上記第1の電極に供給する第1の電力と、上記第2の電力供給部が上記第2の電極に供給する第2の電力とは、位相または振幅の少なくとも一方が異なり、
上記第1の電力および上記第2の電力は、
高周波電力、または、パルス波電力、または、高周波電力とパルス波電力とをスイッチングして得られる電力、または、高周波電力とパルス波電力とを重畳した電力である。
In the plasma processing apparatus of one embodiment, the third electrode is grounded,
A second power supply unit that supplies the second power to the second electrode;
The first power supplied from the first power supply unit to the first electrode and the second power supplied from the second power supply unit to the second electrode are at least in phase or amplitude. One is different,
The first power and the second power are:
It is high frequency power, pulse wave power, power obtained by switching high frequency power and pulse wave power, or power obtained by superimposing high frequency power and pulse wave power.
この実施形態では、プラズマ処理に要求される諸条件、処理ガスの種類、要求される処理能力、さらには、周辺機器に対する電磁波障害や人体に対する安全性を考慮して、第1,第2の電力の波形を、高周波電力、または、パルス波電力、または、高周波電力とパルス波電力とをスイッチングして得られる電力、または、高周波電力とパルス波電力とを重畳した電力のうちから選択すればよい。ここで、高周波電力とは、周波数が1kHz以上で100MHz以下の電力を言う。また、パルス電力とは、繰り返し周波数が1MHz以下で波形の立上り時間が100μ秒、パルス印加時間が1ミリ秒以下であるものをいう。 In this embodiment, in consideration of various conditions required for plasma processing, types of processing gas, required processing capacity, and electromagnetic interference with peripheral devices and safety with respect to the human body, the first and second powers are used. Is selected from high-frequency power, pulse-wave power, power obtained by switching high-frequency power and pulse-wave power, or power obtained by superimposing high-frequency power and pulse-wave power. . Here, the high frequency power refers to power having a frequency of 1 kHz or more and 100 MHz or less. The pulse power means that the repetition frequency is 1 MHz or less, the waveform rise time is 100 μs, and the pulse application time is 1 millisecond or less.
また、一実施形態のプラズマ処理装置は、上記ガス供給部が供給する処理ガスは、上記第1の電極の側面と上記第3の電極との間の上記間隙を通過した後に、上記第1の電極と第2の電極との間の上記プラズマ処理空間を通過する構造とした。 In one embodiment, the processing gas supplied by the gas supply section passes through the gap between the side surface of the first electrode and the third electrode, and then the first gas The structure passes through the plasma processing space between the electrode and the second electrode.
この実施形態では、上記ガス供給部を上記第1の電極の背面側に配置して第1の電極の側面と第3の電極との間の予備放電領域に処理ガスを供給する構造として、ガス供給部のガス噴出口をプラズマ処理空間から離隔することが可能となる。したがって、上記ガス噴出口の開口パターンに起因する処理ムラが発生し難くなる。 In this embodiment, the gas supply unit is disposed on the back side of the first electrode, and the process gas is supplied to the preliminary discharge region between the side surface of the first electrode and the third electrode. The gas outlet of the supply unit can be separated from the plasma processing space. Therefore, the process nonuniformity resulting from the opening pattern of the gas ejection port is less likely to occur.
また、一実施形態のプラズマ処理装置では、上記ガス供給部は、上記第1の電極と上記第3の電極との間の上記間隙に上記処理ガスを供給するガス噴出口と、上記ガス噴出口の開口面積または開口形状の少なくとも一方を変更する開口制御部を備えた。 In the plasma processing apparatus of one embodiment, the gas supply unit includes a gas jet for supplying the processing gas to the gap between the first electrode and the third electrode, and the gas jet An opening control unit that changes at least one of the opening area or the opening shape is provided.
この実施形態では、上記ガス供給部は、上記開口制御部でもって、上記ガス噴出口の開口面積または開口形状の少なくとも一方を変更することによってガス流量とガス流速を制御可能となる。これにより、上記プラズマ処理空間に供給する処理ガスの流量および流速を制御できる。 In this embodiment, the gas supply unit can control the gas flow rate and the gas flow rate by changing at least one of the opening area or the opening shape of the gas ejection port with the opening control unit. As a result, the flow rate and flow rate of the processing gas supplied to the plasma processing space can be controlled.
また、一実施形態のプラズマ処理装置では、上記第1の電極の上記対向面と上記側面に形成された誘電体被膜を有し、上記第1の誘電体部は、上記誘電体被膜に被さっている。 In one embodiment, the plasma processing apparatus includes a dielectric film formed on the opposing surface and the side surface of the first electrode, and the first dielectric portion covers the dielectric film. Yes.
この実施形態では、上記第1の電極の上記対向面と上記側面に形成された誘電体被膜を有するので、上記第1の誘電体部を上記第1の電極とは別体の独立した部品として、上記第1の誘電体部を上記誘電体被膜に被せた場合でも、第1の電極と第1の誘電体部との間に生じる隙間(空間)を最小限に抑えることが可能となる。したがって、プラズマ処理空間や予備放電領域における電界強度の低下を抑制でき、上記隙間での放電を抑制して電力損失や電極損傷の発生を抑制できる。 In this embodiment, since the dielectric film is formed on the facing surface and the side surface of the first electrode, the first dielectric portion is made as an independent component separate from the first electrode. Even when the first dielectric portion is covered with the dielectric coating, a gap (space) generated between the first electrode and the first dielectric portion can be minimized. Therefore, it is possible to suppress a decrease in electric field strength in the plasma processing space and the preliminary discharge region, and it is possible to suppress the discharge in the gap and suppress the occurrence of power loss and electrode damage.
また、一実施形態では、上記第1の電極と上記第1の誘電体部との間の隙間を500μm以下にした。 In one embodiment, the gap between the first electrode and the first dielectric portion is 500 μm or less.
この実施形態では、上記第1の電極と上記第1の誘電体部との間の隙間を500μm以下にしたから、電界強度低下を抑制する効果、および、隙間での放電を抑制する効果を発揮できる。上記隙間が500μmを超えると、上記抑制の効果が不十分になる。なお、上記第1の電極と第1の誘電体部との間の隙間は、100μm以下であることがより好ましい。 In this embodiment, since the gap between the first electrode and the first dielectric portion is set to 500 μm or less, the effect of suppressing a decrease in electric field strength and the effect of suppressing a discharge in the gap are exhibited. it can. When the gap exceeds 500 μm, the effect of the suppression becomes insufficient. The gap between the first electrode and the first dielectric part is more preferably 100 μm or less.
この発明によれば、第1の電極と第2の電極との間のプラズマ処理空間に加えて、第1の電極の側面と第3の電極との間にも電界を形成でき、この電界によって、第1の電極の側面と第3の電極との間に存する処理ガスをプラズマ化できる。したがって、この発明によれば、第1の電極の側面と第3の電極との間の空間を予備放電領域とし、この予備放電領域で発生されたプラズマによる電子や励起種をプラズマ処理空間に直接供給できる。 According to this invention, in addition to the plasma processing space between the first electrode and the second electrode, an electric field can be formed between the side surface of the first electrode and the third electrode. The processing gas existing between the side surface of the first electrode and the third electrode can be converted into plasma. Therefore, according to the present invention, the space between the side surface of the first electrode and the third electrode is used as a preliminary discharge region, and electrons and excited species generated by the plasma generated in the preliminary discharge region are directly input to the plasma processing space. Can supply.
したがって、プラズマ処理空間でプラズマが発生し易くなると共に、プラズマ放電を安定化できるので、大気圧下でワークディスタンスの制御範囲が広い安定したプラズマを発生させることが可能で、低ランニングコストと高速処理を両立できるプラズマ処理装置を実現できる。 Therefore, plasma is easily generated in the plasma processing space and plasma discharge can be stabilized, so that stable plasma with a wide work distance control range can be generated under atmospheric pressure, with low running cost and high speed processing. Can be realized.
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
(第1の実施の形態)
図1に、この発明のプラズマ処理装置の第1実施形態を示す。図1は、このプラズマ処理装置を、板状の被処理物14に垂直で、かつ、上記被処理物14を搬送する方向に延びる線分を含む面で切断した断面を示す側面断面図である。また、図2は、上記プラズマ処理装置の主要部を示す図1の拡大図である。上記被処理物14は一例として半導体基板である。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a first embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. FIG. 1 is a side cross-sectional view showing a cross section of the plasma processing apparatus cut along a plane that is perpendicular to the plate-
図1,図2に示すように、このプラズマ処理装置は、チャンバ上部1とチャンバ下部2と上部電極ユニット3と下部電極ユニット4を備える。チャンバ上部1とチャンバ下部2とがチャンバCを構成している。このチャンバCは、上記搬送方向の両端で、チャンバ上部1とチャンバ下部2との間に被処理物14の出入口17a,17bを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma processing apparatus includes a chamber
上部電極ユニット3は、チャンバ上部1の略中央に形成された開口に嵌合され、上部電極カバー12で覆われている。この上部電極カバー12は、上部電極ユニット3に連通するガス供給口21-1を有する。
The
また、下部電極ユニット4は、チャンバ下部2の略中央に配置され、上部電極ユニット3に対して所定の間隔を隔てて対向している。この下部電極ユニット4の両側には、ローラ軸23で軸支された搬送用ローラ13が配置されている。また、チャンバ下部2の側壁2a,2bの外側にも、搬送用ローラ13が配置されている。この搬送用ローラ13で被処理物14を所定の平面上で搬送方向に搬送可能になっている。このチャンバ下部2は、下部電極ユニット4に連通するガス供給口21-2を有する。また、このチャンバ下部2は、下部電極ユニット4の両側で貫通している2つの排気口22を有する。
In addition, the
図3に示すように、上部電極ユニット3は、中心部に配置された第1の電極としての主電極5と、この主電極5の側面5B-1,5B-2に対向する側面6B-1,6B-2を有する第3の電極としての側電極6とを有する。主電極5と側電極6は金属で作製されている。
As shown in FIG. 3, the
上記主電極5は、固体誘電体からなる第1の誘電体部7-1で覆われており、この第1の誘電体部7-1は、主電極5の対向面5Cと側面5B-1,5B-2および背面5Dを覆っている。また、側電極6は、側面6B-1,6B-2を含む端部6Cが固体誘電体からなる第2の誘電体部8-1で覆われている。上記第1の誘電体部7-1と第2の誘電体部8-1とは所定の間隙を隔てて対向しており、この間隙が予備放電領域16-1となっている。
The
図3に示すように、この予備放電領域16-1は、側電極6の基部6Dに形成されたガス流路26-1に連通している。また、第1の誘電体部7-1は、側電極6の基部6Dのうちのガス流路26-1に隣接する部分6Eに固定されている。図2に示すように、この側電極6は、上方に開口した凹部からなるガス溜り9-1を有し、このガス溜り9-1はガス流路26-1およびガス供給口21-1に連通している。上記ガス溜り9-1、ガス流路26-1およびガス供給口21-1がガス供給部G1を構成している。また、ガス流路26-1は、予備放電領域16-1に処理ガスを供給するガス噴出口11-1をなす。
As shown in FIG. 3, the preliminary discharge region 16-1 communicates with a gas flow channel 26-1 formed in the
図3に示すように、側電極6の基部6Dの部分6Eには、開口制御部としての流量調整プレート35-1,35-1が左右方向にスライド自在に配置されている。この流量調整プレート35-1,35-1は、左右にスライドすることで、ガス流路26-1の流入側の開口面積および開口形状を変更する。
As shown in FIG. 3, flow rate adjusting plates 35-1 and 35-1 serving as opening control units are slidably arranged in the left-right direction at a portion 6 E of the
また、側電極6には、貫通孔6Aが形成されていて、この貫通孔6Aに冷媒10を流通させることで、側電極6を冷却するようになっている。また、主電極5にも、貫通孔5Aが形成されていて、この貫通孔5Aに冷媒10を流通させることで、主電極5を冷却するようになっている。
Further, the
上記第1の電極である主電極5は電力伝達路27で第1の電力供給部である高周波電源18に接続され、高周波電源18はグランドに接続されている。また、側電極6は電路28で地絡されている。
The
一方、上記下部電極ユニット4は、図3に示すように、上部電極ユニット3と略同じ構造であり、中心部に配置された第2の電極としての主電極31と、この主電極31の側面31B-1,31B-2に対向する側面32B-1,32B-2を有する第3の電極としての側電極32を有する。この主電極31と側電極32は金属で作製されている。
On the other hand, as shown in FIG. 3, the
この主電極31は、固体誘電体からなる第1の誘電体部7-2で覆われており、この第1の誘電体部7-2は、主電極31の対向面31Cと側面31B-1,31B-2および背面31Dを覆っている。また、側電極32は、側面32B-1,32B-2を含む端部32Cが固体誘電体からなる第2の誘電体部8-2で覆われている。第1の誘電体部7-2と第2の誘電体部8-2とは所定の間隔を隔てて対向しており、この間隙が予備放電領域16-2となっている。
The
この予備放電領域16-2は、側電極32の基部32Dに形成されたガス流路26-2に連通している。また、第1の誘電体部7-2は、側電極32の基部32Dのうちのガス流路26-2に隣接する部分32Eに固定されている。この側電極32は、下方に開口する凹部からなるガス溜り9-2を有し、このガス溜り9-2は、ガス流路26-2およびガス供給口21-2に連通している。上記ガス溜り9-2、ガス流路26-2およびガス供給口21-2がガス供給部G2を構成している。また、ガス流路26-2は、予備放電領域16-2に処理ガスを供給するガス噴出口11-2をなす。
The preliminary discharge region 16-2 communicates with a gas flow path 26-2 formed in the
図3に示すように、側電極32の基部32Dの部分32Eには、開口制御部としての流量調整プレート35-2,35-2が左右方向にスライド自在に配置されている。この流量調整プレート35-2,35-2は、左右にスライドすることで、ガス流路26-2の流入側の開口面積および開口形状を変更する。
As shown in FIG. 3, flow rate adjustment plates 35-2 and 35-2 serving as opening control portions are slidably arranged in the left-right direction at a
また、側電極32には、貫通孔32Aが形成されていて、この貫通孔32Aに冷媒10を流通させることで、側電極32を冷却するようになっている。また、主電極31にも、貫通孔31Aが形成されていて、この貫通孔31Aに冷媒10を流通させることで、側電極31を冷却するようになっている。
Further, the
図1に示すように、上記主電極31は電力伝達路29で高周波電源33に接続され、高周波電源33はグランドに接続されている。また、側電極32は電路30で地絡されている。
As shown in FIG. 1, the
上記主電極5と主電極31との間の距離は、高周波電源18,33から与えられる電力の大きさや周波数、処理ガスの種類や流量、上記誘電体部7-1,7-2をなす固体誘電体の電気的特性や二次電子放出係数や厚み、各部の温度等に基づいて設定される。
The distance between the
図12に、この第1実施形態のプラズマ処理装置の斜視図を示す。図12に示すように、チャンバ上部1とチャンバ下部2の側端面にはチャンバ側面部材25が取り付けられる。また、チャンバ下部2の外側にも搬送用ローラ13が複数配置され、板状の被処理物14をプラズマ処理空間15を通過する所定の平面上で搬送できるようになっている。
FIG. 12 is a perspective view of the plasma processing apparatus according to the first embodiment. As shown in FIG. 12,
上記構成のプラズマ処理装置では、第1の電極である主電極5には、第1の電力供給部である高周波電源18から出力された第1の電力として高周波電力が電力伝送路27を経由して供給される。また、第2の電極である主電極31には、第2の電力供給部である高周波電源33から第2の電力として高周波電力が電力伝送路29を経由して供給される。これにより、主電極5と主電極31との間に電界を形成することで、プラズマ処理空間15に上記電界を形成する。なお、この実施形態では、上記高周波電源18が出力する高周波電力と高周波電源33が出力する高周波電力とは周波数が同じで位相が異なる電力とした。
In the plasma processing apparatus having the above-described configuration, high-frequency power is supplied to the
一方、上部電極ユニット3のガス供給部G1のガス供給口21-1には、図示しないガス供給ボンベまたはガス供給タンクから、図示しないマスフローおよびミキサーにより複数のガス種を混合した処理ガスが供給される。図2に示すように、この処理ガスは、上記ガス供給口21-1からガス溜り9-1に供給され、このガス溜まり9-1で紙面奥行き方向に広がり、ガス溜まり9-1よりも十分に狭い断面積を持つスリット状(もしくはシャワー穴状)のガス流路26-1に達する。処理ガスはガス流路26-1を通過する際に流速を上げ、ガス噴出口11-1、予備放電領域16-1を経由して、被処理物14に向けて噴出されるとともにプラズマ処理空間15に供給される。同様に、下部電極ユニット4のガス供給部G2のガス供給口21-2から処理ガスが供給され、この処理ガスはガス溜り9-2、ガス流路26-2、ガス噴出口11-2、予備放電領域16-2を経由して、プラズマ処理空間15に供給される。
On the other hand, the gas supply port 21-1 of the gas supply part G1 of the
このようにして、上部電極ユニット3および下部電極ユニット4からプラズマ処理空間15に導入された処理ガスは、プラズマ処理空間15に形成された上記電界によって、大気圧下で、プラズマ化される。このプラズマ化された処理ガスによって、プラズマ処理空間15に、搬送され配置された被処理物14がプラズマ処理される。ここでは、大気圧とは、一例として、圧力範囲が0.1気圧以上、2気圧以下をいう。この実施形態で採用される処理ガスとしては、例えば、被処理物14の表面改質を行う場合には、ヘリウム、アルゴン、酸素、空気などが採用されるが、この処理ガスの組成はプロセスごとに異なり、適宜最適な組み合わせと混合比を選ぶ必要がある。
In this way, the processing gas introduced into the
そして、プラズマ処理空間15を通過した処理ガスは、図1に示す排気側ガス溜20に一旦溜まり、排気口22を通って図示しない排気ポンプまたはブロア、場合によっては除害装置で無害化された後、系外へと排出される。
Then, the processing gas that has passed through the
また、この実施形態では、上部電極ユニット3において、主電極5の側面5B-1,5B-2と側電極6の側面6B-1,6B-2との間にも電界が形成される。この電界によって、主電極5の側面5B-1,5B-2を覆う第1の誘電体部7-1と側電極6を覆う第2の誘電体部8-1との間(つまり予備放電領域16-1)に存する処理ガスがプラズマ化される。同様に、下部電極ユニット4において、主電極31の側面31B-1,31B-2と側電極32の側面32B-1,32B-2との間にも電界が形成される。この電界によって、主電極31の側面31B-1,31B-2を覆う第1の誘電体部7-2と側電極32を覆う第2の誘電体部8-2との間(つまり予備放電領域16-2)に存する処理ガスがプラズマ化される。
In this embodiment, an electric field is also formed between the side surfaces 5B-1 and 5B-2 of the
ここで、この予備放電領域16-1,16-2におけるプラズマ化は、第1の誘電体部7-1,7-2と第2の誘電体部8-1,8-2との間の距離を適切に選ぶことで実現される。この距離は、高周波電源18,33が主電極5,31に与える電力や周波数、処理ガスの種類や流量、第1,第2の誘電体部7-1,7-2,8-1,8-2の電気的特性や二次電子放出係数や厚さや温度などで決まる。この実施形態では、予備放電領域16-1,16-2で形成される電界強度がプラズマ処理空間15で形成される電界よりも強くなるように設定した。
Here, the plasma formation in the preliminary discharge regions 16-1 and 16-2 occurs between the first dielectric parts 7-1 and 7-2 and the second dielectric parts 8-1 and 8-1. This is achieved by selecting an appropriate distance. This distance includes the power and frequency applied to the
この実施形態では、上記予備放電領域16-1、16-2で発生されたプラズマが、第1の誘電体部7-1,7-2の沿面放電部24にまで達し、上記プラズマ処理空間15に対して直接に、電子や励起種が供給される(沿面放電)。沿面放電部24は主電極5,31とプラズマ処理空間15との間に存在している。
In this embodiment, the plasma generated in the preliminary discharge regions 16-1 and 16-2 reaches the creeping
このように、上記予備放電領域16-1,16-2においてプラズマを発生させることで、プラズマ処理空間15に直接に電子や励起種を供給することが可能となる。これにより、プラズマ処理空間15においてプラズマが未発生である場合には、プラズマ処理空間15における放電開始をアシストでき、プラズマ処理空間15において放電中である場合には、放電を安定化できる。この効果は、沿面放電部24のエッジを無くして滑らかにすることで、より一層高めることができる。一例として、上記沿面放電部24のコーナー部を湾曲形状とする場合には、曲率半径を0.5mm以上とすることが望ましい。
Thus, by generating plasma in the preliminary discharge regions 16-1 and 16-2, electrons and excited species can be directly supplied to the
上記沿面放電を活用することで、次の(I)〜(VI)のような効果を期待できる。 By utilizing the creeping discharge, the following effects (I) to (VI) can be expected.
(I) 主電極5と主電極31との間のワークディスタンスの制御範囲を広げることが可能となる。
(I) The control range of the work distance between the
(II) プラズマ処理空間15に加えて、予備放電領域16-1,16-2でも処理ガスの分解が行われるので、処理ガスの利用効率が高くなる。
(II) Since the processing gas is decomposed in the preliminary discharge regions 16-1 and 16-2 in addition to the
(III) 従来のプラズマ発生装置に比べて、プラズマ処理空間15での電界を弱くしても、プラズマを維持でき、結果的に被処理物14へのダメージを低減できる。
(III) Plasma can be maintained even if the electric field in the
(IV) 装置がコンパクトになり、平流し処理が容易になる。 (IV) The equipment becomes compact and flat flow treatment becomes easy.
(V) ガス供給部G1,G2を主電極5,31の背面5D,31D側に配置して、主電極5,31と側電極6,32との間の予備放電領域16-1,16-2に処理ガスを供給する構造とすることで、ガス供給部G1,G2のガス噴出口11-1,11-2をプラズマ処理空間15から離隔している。したがって、ガス噴出口11-1,11-2の開口パターンに起因する処理ムラが発生し難くなる。
(V) The gas supply parts G1 and G2 are arranged on the back surfaces 5D and 31D side of the
(VI) 主電極5と主電極31との間の距離を調整し易くなる。
(VI) It becomes easy to adjust the distance between the
このように、この実施形態において、プラズマ処理空間15と予備放電領域16-1,16-2の両方でプラズマが生成されているときに、搬送用ローラ13を回転させて被処理物14を搬送し、被処理物14の表面にプラズマを接触させる。このことで、活性種による反応促進効果や、イオンによる物理的なエッチング効果により、表面改質、洗浄、加工、成膜等のプラズマ処理が進行し被処理物14に対する所望の処理を行うことができる。
Thus, in this embodiment, when the plasma is generated in both the
したがって、この実施形態によれば、大気圧下でワークディスタンスの制御範囲が広い安定したプラズマを発生させることが可能で、低ランニングコストと高速処理を両立できるプラズマ処理装置を実現できる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to generate a stable plasma having a wide work distance control range under atmospheric pressure, and to realize a plasma processing apparatus that can achieve both low running cost and high-speed processing.
なお、この実施形態では、被処理物14の搬送に搬送用ローラ13を採用したが、これは一例であり、搬送には搬送用ホルダを使用してもよい。また、プラズマ処理中に搬送を行わず、被処理物に対して局所的なプラズマ処理を行うことにしてもよい。また、高周波電源18,33に替えて、パルス電源19,34を採用してもよい。
In this embodiment, the
また、この実施形態によれば、主電極5の対向面5Cと側面5B-1,5B-2とを覆う第1の誘電体部7-1と、側電極6の側面6B-1,6B-2を含む端部6Cを覆う第2の誘電体部8-1とを備えたので、主電極5と側電極6が放電によってダメージを受けるのを防ぐことができる。同様に、主電極31の対向面31Cと側面31B-1,31B-2とを覆う第1の誘電体部7-2と、側電極32の側面32B-1,32B-2を含む端部32Cを覆う第2の誘電体部8-2とを備えたので、主電極31と側電極32が放電によってダメージを受けるのを防ぐことができる。
Further, according to this embodiment, the first dielectric portion 7-1 covering the opposing
また、この実施形態では、ガス供給部G1,G2は、開口制御部をなす流量調整プレート35-1,35-2でもって、ガス噴出口11-1,11-2の開口面積および開口形状を変更することができ、ガス流量とガス流速を制御可能である。したがって、上記プラズマ処理空間15に供給する処理ガスの流量および流速を制御できる。
Further, in this embodiment, the gas supply units G1 and G2 have the flow area adjustment plates 35-1 and 35-2 forming the opening control unit so that the opening area and the opening shape of the gas outlets 11-1 and 11-2 are the same. The gas flow rate and gas flow rate can be controlled. Accordingly, the flow rate and flow rate of the processing gas supplied to the
また、この実施形態では、上部電極ユニット3,下部電極ユニット4において、主電極5,31を第1誘電体部7-1,7-2で覆い、側電極6,32を第2誘電体部8-1,8-2で覆った。この第1,第2の誘電体部7-1,7-2,8-1,8-2は、主電極5,31,側電極6,32に溶射や陽極酸化などを行うことで、主電極5,31,側電極6,32の表面に直接形成してもよい。もっとも、メンテナンス時の労力やコストの観点からは、第1誘電体部7-1,7-2および第2誘電体部8-1,8-2を主電極5,31および側電極6,32に対して独立した部品として交換可能とすることが好ましい。なお、第1誘電体部7-1,7-2および第2誘電体部8-1,8-2の厚さは、高周波電源18,33(あるいはパルス電源19,34)の繰り返し周波数、処理ガスの種類や誘電体自体の材料特性と密接に関係して決定される値である。したがって、上記値は一概に決めるのは難しいが、一般的な一例として、第1誘電体部7-1,7-2および第2誘電体部8-1,8-2を独立部品とした場合、第1誘電体部7-1,7-2および第2誘電体部8-1,8-2の厚さは、通常5mm以下であることが好ましい。特に、電源周波数が1MHz以上となる場合は2mm以下であることがより好ましい。
In this embodiment, in the
また、上記第1,第2の誘電体部7-1,7-2,8-1,8-2の厚さが薄いほど、プラズマ処理空間15や予備放電領域16-1,16-2における電界強度を強くできる一方、強度的には弱くなり破損し易くなる。このため、上記厚さは、実用上は、0.5mm以上、5mm以下の範囲であることが好ましい。ただし、第1,第2の誘電体部7-1,7-2,8-1,8-2を別体部品としない場合は、上記範囲よりも厚さを薄くしても構わない。
Further, as the thickness of the first and second dielectric portions 7-1, 7-2, 8-1, 8-1 is reduced, the
また、上記実施形態は、図1の紙面奥行き方向には、被処理物14と同じかそれ以上の長さを有する。また、上記実施形態は、実用的には、図1の紙面奥行き方向において、被処理物14の長さよりも少なくとも20%以上程度長い構造であることが望ましい。
Moreover, the said embodiment has the same length as the to-
また、上記実施形態では、冷媒10は、図示しない冷媒供給装置または冷媒供給施設から供給され、主電極5および側電極6などの各部を通った後、排出される。この冷媒10は電極を冷やす目的だけでなく、装置の各部の温度を一定に保つ役割に用いることもできる。
Moreover, in the said embodiment, the refrigerant |
また、上記実施形態において、チャンバ上部1とチャンバ下部2は、上部電極ユニット3と下部電極ユニット4を支持し、主電極5と主電極31との間の電極間ギャップを設定できるように、マイクロメーターヘッド等を含む図示しないギャップ調整および保持機構を有している。加えて、チャンバ上部1とチャンバ下部2は、排気口22から使用後の処理ガスを排出するまでの間、処理ガスを溜めておき、外部に漏れないようにする役割を果たす。
Moreover, in the said embodiment, the chamber
つまり、チャンバCは、被処理物14が出入口17a,17bから出入りする箇所と排気口22以外では、ガスが漏れない気密な構造になっている。さらに、処理プロセスや使用する処理ガスの種類によっては、被処理物14の出入口17a,17bに不活性ガスに対するカーテン機構やシャッター機構を有していてもよい。
That is, the chamber C has an airtight structure in which gas does not leak except at locations where the
上記のプラズマ処理の一連の過程において、プラズマを安定して発生させることと、処理ガスの利用効率を上げることは、プロセスの処理能力やランニングコストの低減にとって重要である。これを達成するためには、プラズマ処理空間15への効果的なガス供給だけでなく、ガス排気の調整を行い、処理ガスの流量および流速を適切に制御することが必要となる。
In the above-described series of plasma processing steps, it is important to stably generate plasma and increase the utilization efficiency of the processing gas in order to reduce the processing capacity and running cost of the process. In order to achieve this, it is necessary not only to effectively supply the gas to the
このためには、図3に示すような流量調整プレート35-1,35-2のように、供給側のコンダクタンス(ガスの流れ易さ)を調整する機構のほか、排気側の排気口22でもチャンバ上部1,チャンバ下部2のコンダクタンスを考慮して、給排気のバランスをとる必要がある。
For this purpose, in addition to a mechanism for adjusting the conductance (ease of gas flow) on the supply side, such as the flow rate adjustment plates 35-1 and 35-2 as shown in FIG. In consideration of the conductance of the
この場合、以下のような考え方に基づき各部の寸法を決めるのが簡便かつ実用的である。 In this case, it is simple and practical to determine the dimensions of each part based on the following concept.
すなわち、ガスの流路の実効的な断面積をS(m2)、ガスの流路の長さ(距離)をL(m)とする。大気圧下でのガスの流れは粘性流なので、これらパラメータとガスの流れ易さの指標であるコンダクタンスUとは、奥行き方向を無限長とした場合には以下の(1)式の関係がある。 That is, the effective sectional area of the gas flow path is S (m 2 ), and the length (distance) of the gas flow path is L (m). Since the gas flow under atmospheric pressure is a viscous flow, these parameters and the conductance U, which is an index of the ease of gas flow, have the following relationship (1) when the depth direction is infinite. .
U=a・S2/L … (1)
a:ガス種の粘性係数や圧力により決まる定数
電力供給については、高周波電源18の他に、パルス電源19、或いは両者のスイッチング、或いは、両者を重畳する方法が考えられ、周波数や、繰り返し周波数の他にプロセスに要求される諸条件、使用ガスの制限、要求される処理能力、ダメージの発生有無の観点から決定することが望ましい。
U = a · S 2 / L (1)
a: Constant determined by gas type viscosity coefficient and pressure For power supply, in addition to the high-
ここでいう高周波電源とは、一例として、周波数が1KHz以上100MHz以下のものを指し、パルス電源とは繰り返し周波数が1MHz以下、波形の立ち上がり時間が100μ秒以下、パルス印加時間が1m秒以下であるものを指す。 The high-frequency power source here refers to one having a frequency of 1 KHz to 100 MHz, for example, and the pulse power source has a repetition frequency of 1 MHz or less, a waveform rise time of 100 μsec or less, and a pulse application time of 1 msec or less. Refers to things.
図3に示す流量調整プレート35-1,35-2は、ガス噴出口11-1,11-2がスリット状の場合を示しているがシャワー孔状になっていても構わない。ここでは、上,下の電極ユニット3,4でガス噴出口11-1,11-2が同じ開口パターンの場合を示しているが、この組み合わせに限定するものではなく、スリット状の開口とシャワー状の開口とを組み合わせの全てが可能であることはいうまでもない。
The flow rate adjusting plates 35-1 and 35-2 shown in FIG. 3 show the case where the gas outlets 11-1 and 11-2 are slit-shaped, but they may be shower-hole shaped. Here, the case where the gas outlets 11-1 and 11-2 have the same opening pattern in the upper and
なお、図3に示した開口制御部としての流量調整プレート35-1,35-2に替えて、図4に示すように、楕円形状の断面を有する流量調整用カム43-1,43-2をガス流路26-1の流入側の開口に設けても良い。このカム43-1,43-2を中心軸周りに所定の角度だけ回転させることで、ガス流路26-1の流入側開口の断面積を連続的に変更できる。 In place of the flow rate adjusting plates 35-1, 35-2 as the opening control portion shown in FIG. 3, as shown in FIG. 4, the flow rate adjusting cams 43-1 and 42-2 having an elliptical cross section. May be provided in the opening on the inflow side of the gas flow path 26-1. By rotating these cams 43-1 and 42-2 by a predetermined angle around the central axis, the cross-sectional area of the inflow side opening of the gas passage 26-1 can be continuously changed.
次に、図5に、高周波電源18が主電極5に与える高周波電圧波形36を実線で示し、高周波電源33が主電極31に与える高周波電圧波形37を破線で示す。図5に示す一例では、高周波電圧波形36と37とは、位相がπずれている。この場合、主電極5と主電極31との間に発生する電位差は、高周波電圧波形36の振幅V1と高周波電圧波形37の振幅V2との和(V1+V2)となる。また、主電極5と側電極6との間に生じる電位差はV1となる。
Next, in FIG. 5, the high
また、図6に、高周波電源18,33に替えて、パルス電源19,34を備えた場合に、パルス電源19が主電極5に与えるパルス波形の一例を符号38で示される実線で示し、パルス電源34が主電極31に与えるパルス波形の一例を符号39で示される破線で示す。図6に示す一例では、パルス波形38と39とでは、位相がπずれている。
FIG. 6 shows an example of a pulse waveform given to the
また、図7に、パルス電源19が主電極5にDCパルス波形を与える場合の波形の一例を符号40で示される実線で示し、パルス電源34が主電極31にDCパルス波形を与える場合の波形の一例を符号41で示される破線で示す。
FIG. 7 shows an example of a waveform when the
なお、図5〜図7に示す一例では、主電極5に与える電圧波形と主電極31に与える電圧波形との位相差がπである一例を示したが、この位相差はπ以外であってもよい。また、主電極5,31に与える各電圧波形は、高周波波形とパルス波形を切り替えて形成される波形としてもよく、高周波波形とパルス波形とを重畳した波形であっても構わない。
In the example shown in FIGS. 5 to 7, an example is shown in which the phase difference between the voltage waveform applied to the
また、上記実施形態では、上部電極ユニット3,下部電極ユニット4において、中央に主電極5,31を配置し、両サイドに側電極6,32を配置したが、この配置に限定されるものではなく、グランド電極である側電極を主電極の片側だけに配置してもよいし、主電極の片側に複数の側電極を配置してもよい。さらには、主電極の両サイドに複数の側電極を配置してもよい。
Moreover, in the said embodiment, in the
(参考例)
次に、図8に、この発明のプラズマ処理装置の参考例を示す。この参考例は、下部電極ユニット4に替えて、下部電極ユニット50を備えた点が前述の第1実施形態と異なる。この下部電極ユニット50は、電路30でもってグランドに接続されている。
( Reference example )
Next, FIG. 8 shows a reference example of the plasma processing apparatus of the present invention. This reference example differs from the first embodiment in that a
この下部電極ユニット50は、主電極51を有し、この主電極51の先端部51Aが誘電体部53で覆われている。この先端部51Aは、対向面51Cが主電極5の対向面5Cに対向している。
The
図9に、高周波電源18が、主電極5に与える高周波電圧波形の一例を符号42で示す。この第2実施形態は、下部電極ユニット50が地絡されている点を除いて、基本的な動作は前述の第1実施形態と同じである。この参考例では、被処理物14の裏面14Aを処理する必要が無い場合に適し、使用するガス量が少なくて済み、電源の制御も簡単になる利点が有る。
FIG. 9 shows an example of a high-frequency voltage waveform applied to the
(第2の実施の形態)
次に、図10に、この発明のプラズマ処理装置の第2実施形態を示す。この第2実施形態は、主電極5の表面に誘電体溶射膜61が形成され、主電極31の表面に誘電体溶射膜62が形成されている点が、前述の第1実施形態と異なる。また、第1の誘電体部7-1は誘電体溶射膜61に被さっており、第1の誘電体部7-2は誘電体溶射膜62に被さっている。
(Second Embodiment)
Next, FIG. 10 shows a second embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. The second embodiment is different from the first embodiment in that a dielectric sprayed
この第2実施形態では、主電極5の対向面5Cと側面5B-1,5B-2に形成された誘電体被膜61を有するので、第1の誘電体部7-1を主電極5とは別体の独立した部品として、第1の誘電体部7-1を誘電体被膜61に被せた場合でも、主電極5と第1の誘電体部7-1との間に生じる隙間(空間)を最小限に抑えることが可能となる。また、主電極31の対向面31Cと側面31B-1,31B-2に形成された誘電体被膜62を有するので、第1の誘電体部7-2を主電極31とは別体の独立した部品として、第1の誘電体部7-2を誘電体被膜62に被せた場合でも、主電極31と第1の誘電体部7-2との間に生じる隙間(空間)を最小限に抑えることが可能となる。
In the second embodiment, since the
したがって、この実施形態によれば、プラズマ処理空間15や予備放電領域16-1,16-2における電界強度の低下を抑制でき、上記隙間での放電を抑制して電力損失や電極損傷が発生することを抑制できる。なお、上記隙間は、500μm以下であることが好ましく、より好ましくは100μm以下である。
Therefore, according to this embodiment, it is possible to suppress a decrease in electric field strength in the
(第3の実施の形態)
次に、図11に、この発明のプラズマ処理装置の第3実施形態を示す。この第3実施形態は、チャンバ上部1とチャンバ下部2からなるチャンバCに替えて、チャンバ上部71とチャンバ下部72からなるチャンバDを備え、このチャンバDに、2つの上部電極ユニット3と2つの下部電極ユニット4を備えた点が前述の第1実施形態と異なる。この2つの上部電極ユニット3,3の主電極6,6はそれぞれ電力伝達路27-1,27-2で高周波電源18に接続され、側電極6,6はそれぞれ電路28-1,28-2でグランドに接続されている。また、2つの下部電極ユニット4,4の主電極31,31はそれぞれ電力伝達路29で高周波電源33に接続されている。また、側電極32,32は電路30でグランドに接続されている。
( Third embodiment)
Next, FIG. 11 shows a third embodiment of the plasma processing apparatus of the present invention. The third embodiment includes a chamber D composed of a chamber
この第3実施形態では、上部電極ユニット3と下部電極ユニット4との組を複数組備えたので、各組のプラズマ処理空間において同じプラズマ処理を行った場合には、処理能力の向上を図れる。また、各組のプラズマ処理空間において、異なるプラズマ処理を行った場合には、平流し方式による連続処理が可能となる。
In the third embodiment, since a plurality of sets of the
1 チャンバ上部
2 チャンバ下部
3 上部電極ユニット
4 下部電極ユニット
5 主電極
6 側電極
7 第1の誘電体部
8 第2の誘電体部
9-1、9-2 ガス溜り
10 冷媒
11-1、11-2 ガス噴出口
12 上部電極カバー
13 被処理物搬送用ローラ
14 被処理物
15 プラズマ処理空間
16-1、16-2 予備放電領域
17a、17b 被処理物出入口
18、33 高周波電源
19、34 パルス電源
20 ガス溜(排気側)
21-1、21-2 ガス供給口
22 排気口
23 ローラ軸
24 沿面放電部
25 チャンバ側面部材
26-1、26-2 ガス流路
27 電力伝送路(上部、ホット)
28 電路(上部、グランド)
29 電力伝送路(下部、ホット)
30 電路(下部、グランド)
31 主電極(下部)
32 側電極(下部)
35-1、35-2 流量調整用プレート
36 主電極5に与える高周波電圧
37 主電極31に与える高周波電圧
38 主電極5に与えるパルス電圧
39 主電極31に与えるパルス電圧
40 主電極5に与えるDCパルス電圧
41 主電極31に与えるDCパルス電圧
42 主電極5に与える高周波電圧
43-1、43-2 流量調整用カム
DESCRIPTION OF
21-1, 21-2
28 Electric circuit (upper part, ground)
29 Power transmission line (bottom, hot)
30 Electric circuit (bottom, ground)
31 Main electrode (bottom)
32 side electrode (lower part)
35-1, 35-2 Flow
Claims (6)
上記プラズマ処理空間に対向すると共に上記プラズマ処理空間に電界を発生させる第1の電極と、
上記プラズマ処理空間に対向すると共に上記プラズマ処理空間を挟んで上記第1の電極に対向し、かつ、上記第1の電極との間に電界を形成することで上記プラズマ処理空間に電界を形成して上記処理ガスをプラズマ化する第2の電極と、
上記プラズマ処理空間に対向する上記第1の電極の対向面に隣り合う上記第1の電極の側面に対して所定の間隙を隔てて対向すると共に上記所定の間隙に電界を形成して上記処理ガスをプラズマ化する第3の電極と、
上記第1の電極に第1の電力を供給する第1の電力供給部とを備え、
上記第1の電極の上記対向面と上記側面とは凸湾曲面で連なっており、
上記第1の電極の対向面は上記プラズマ処理空間に対向する平坦面であり、かつ、上記第2の電極は上記第1の電極の平坦面に対向する平坦面を有し、
上記ガス供給部が供給する処理ガスが、上記第1の電極の側面と上記第3の電極との間の上記間隙を通過した後に、上記第1の電極と第2の電極との間の上記プラズマ処理空間を通過する構造とし、
さらに、上記第3の電極は地絡されており、
上記第1の電極に供給される第1の電力と上記第2の電極に供給される第2の電力とは、位相または振幅の少なくとも一方が異なることを特徴とするプラズマ処理装置。 A gas supply unit for supplying a predetermined processing gas to the plasma processing space in which the workpiece is disposed;
A first electrode facing the plasma processing space and generating an electric field in the plasma processing space;
An electric field is formed in the plasma processing space by facing the plasma processing space, facing the first electrode across the plasma processing space, and forming an electric field with the first electrode. A second electrode for converting the processing gas into plasma,
The processing gas is opposed to the side surface of the first electrode adjacent to the facing surface of the first electrode facing the plasma processing space with a predetermined gap and an electric field is formed in the predetermined gap. A third electrode for converting to plasma;
A first power supply unit for supplying first power to the first electrode,
The opposing surface and the side surface of the first electrode are connected by a convex curved surface ,
The facing surface of the first electrode is a flat surface facing the plasma processing space, and the second electrode has a flat surface facing the flat surface of the first electrode,
After the processing gas supplied by the gas supply unit passes through the gap between the side surface of the first electrode and the third electrode, the processing gas between the first electrode and the second electrode is used. A structure that passes through the plasma processing space,
Furthermore, the third electrode is grounded,
The plasma processing apparatus, wherein the first power supplied to the first electrode and the second power supplied to the second electrode have different phases or amplitudes .
上記第1の電極の上記対向面と上記側面とを覆う第1の誘電体部と、
上記第1の電極の上記側面に対向する上記第3の電極の側面を覆う第2の誘電体部とを有し、
上記第1の誘電体部と上記第2の誘電体部とは、所定の間隙を隔てて対向していることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
A first dielectric portion covering the opposing surface and the side surface of the first electrode;
A second dielectric portion covering the side surface of the third electrode facing the side surface of the first electrode,
The plasma processing apparatus, wherein the first dielectric part and the second dielectric part are opposed to each other with a predetermined gap.
上記第3の電極は地絡されており、
上記第2の電極に第2の電力を供給する第2の電力供給部を有し、
上記第1の電力供給部が上記第1の電極に供給する第1の電力と、上記第2の電力供給部が上記第2の電極に供給する第2の電力とは、位相または振幅の少なくとも一方が異なり、
上記第1の電力および上記第2の電力は、
高周波電力、または、パルス波電力、または、高周波電力とパルス波電力とをスイッチングして得られる電力、または、高周波電力とパルス波電力とを重畳した電力であることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The third electrode is grounded;
A second power supply unit that supplies the second power to the second electrode;
The first power supplied from the first power supply unit to the first electrode and the second power supplied from the second power supply unit to the second electrode are at least in phase or amplitude. One is different,
The first power and the second power are:
A plasma processing apparatus, which is high-frequency power, pulse-wave power, power obtained by switching high-frequency power and pulse-wave power, or power obtained by superimposing high-frequency power and pulse-wave power.
上記ガス供給部は、
上記第1の電極と上記第3の電極との間の上記間隙に上記処理ガスを供給するガス噴出口と、
上記ガス噴出口の開口面積または開口形状の少なくとも一方を変更する開口制御部を備えたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 1,
The gas supply unit
A gas jet for supplying the processing gas to the gap between the first electrode and the third electrode;
A plasma processing apparatus, comprising: an opening control unit that changes at least one of an opening area or an opening shape of the gas ejection port.
上記第1の電極の上記対向面と上記側面に形成された誘電体被膜を有し、
上記第1の誘電体部は、上記誘電体被膜に被さっていることを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 2, wherein
A dielectric coating formed on the opposing surface and the side surface of the first electrode;
The plasma processing apparatus, wherein the first dielectric portion covers the dielectric film.
上記第1の電極と上記第1の誘電体部との間の隙間を500μm以下にしたことを特徴とするプラズマ処理装置。 The plasma processing apparatus according to claim 5 , wherein
A plasma processing apparatus, wherein a gap between the first electrode and the first dielectric portion is 500 μm or less.
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