JP4383057B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、略常圧下において、電極間に処理ガスを導入するとともに電界印加によりプラズマ化し、電極間に配置した基材の洗浄、成膜などの表面処理を行なう装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば、特許文献1には、一対の電極を上下に対向配置し、略常圧下において、これら電極間に処理ガスを導入するとともに電界を印加してプラズマを形成することにより、下側の電極上に載せた基材を表面処理する装置が記載されている。この特許文献1に記載の一対の電極は、何れも移動不能に固定されている。
【0003】
特許文献2には、上下の電極のうち、上側の電極が上下動可能になった装置が記載されている。上側の電極を上方に離したうえで下側の電極に基材をセットしたり処理後の基材を取り出したりするようになっている。
【0004】
【特許文献1】
特許第3040358号公報(第7頁、第8図)
【特許文献2】
特開2002−126675号公報(第1頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上掲特許文献1のような両電極固定の装置では、電極間距離を狭く設定すればするほど、下側電極への基材配置が困難になる。一方、上掲特許文献2のような上側電極上下動の装置では、上側電極を持ち上げるのに力を要する。また、上側電極が下降するとき電極間に誤って指を置いていると挟まれるおそれがある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために、本発明は、略常圧下において処理ガスを電界でプラズマ化(イオン状態だけでなくラジカル状態も含む)して基材の表面を処理するプラズマ処理装置であって、上記電界を形成するための上下一対の第1、第2電極と、第1電極を第2電極の上方に対向させる処理位置と第2電極から水平にずらした退避位置との間で水平に相対移動させる移動機構と、上記第1電極が処理位置にあるか否かを検出する検出手段と、上記第1電極が処理位置にあるときのみ第1電極と第2電極の間で上記電界が印加されるのを許容し、ひいては上記表面処理が実行されるのを許容する処理許否手段と、を備え、上記処理位置が、上記移動機構による移動範囲の一端にあり、上記表面処理の実行中、第1電極と第2電極の相対位置が固定され、かつ第1電極と第2電極との間に形成されるプラズマ化空間の厚さが3〜5mmであり、上記移動機構が、上記第2電極の上記移動方向と直交する方向の両側において上記第2電極に沿って上記移動方向に延びるように水平に配された一対のガイドレールと、上記ガイドレールの各々に上記移動方向へスライド可能かつ上下動不能に嵌合されたスライド部材とを含み、上記第1電極が、上記スライド部材に連結されて上下動不能であることを特徴とする。
【0007】
上記特徴によれば、たとえ電極間の隙間が狭くても、第1電極を退避位置に位置させることによって、基材のセットや取り出しを容易に行うことができる。しかも、第1電極を相対移動させるのに必要な力が、ほぼスライド抵抗の分だけで済み、上掲特許文献2の装置のような上下動する場合と比べ、小さな力で楽に移動させることができる。また、処理位置への移動の際に下側の第2電極上に誤って手を置いていたとしても、上下の電極間に挟まれないようにすることができ、安全性を高めることができる。
【0008】
上記移動機構が、上記第2電極に沿って水平に配されたガイドレールと、このガイドレールにスライド可能に取り付けられるとともに上記第1電極に連結されたスライド部材とを含むことによって、移動機構の構造を簡素化できる。また、移動機構によって上側の第1電極の支持機構を兼ねさせることができる。
【0009】
上記第1電極が処理位置にあるか否かを検出する検出手段と、処理位置にあるときのみ上記表面処理の実行を許容する処理許否手段とを備えていることによって、誤動作を防止でき、信頼性を高めることができる。
上記移動機構が、手動式であってもよい。
【0010】
上記第1電極に正側のみのパルス電圧を供給することにより第1、第2電極間に上記プラズマ化のための電界を形成する電界印加手段が接続され、上記第2電極が接地されていることが望ましい。これによって、アーク放電が起きた場合、専ら下側の第2電極が傷むようにして、第2電極について点検、補修などのメンテナンスをすれば第1電極については殆どしなくても済むようにできる。そして、移動機構によって第1電極を退避させると、第1電極に妨げられることなく第2電極を簡単に点検、補修することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図は、薄板状の基材Wの上面を洗浄(表面処理)するための常圧プラズマ処理装置Mを示したものである。図3に示すように常圧プラズマ処理装置Mは、前後に細長い基台3と、この基台3に設置された電極ユニット10,20と移動機構30を備えている。
【0012】
図1および図2に示すように、電極ユニット10,20は、上下に対をなしている。下側のアース電極ユニット20は、アース電極21(第2電極)と、電極ホルダ22と、誘電体板23とを有している。電極ホルダ22は、厚板状をなして基台3上の前側部に固定されている。図1、図2、図4に示すように、電極ホルダ22の上面には、深い四角形の凹部22xと、その周縁に沿う極めて浅い凹部22yと、凹部22yの前後の縁から電極ホルダ22の前後の側面へ至る更に極浅の凹部22zとが形成されている。
【0013】
凹部22xには、四角形板状をなす上記アース電極21が埋め込まれている。図2に示すように、アース電極21は、接地線2aを介して接地されている。図1に示すように、アース電極21の内部には、冷却路(または温調路)21aが形成されている。この路21aに冷媒が通されることにより、アース電極21が冷却(または温調)されるようになっている。
【0014】
アース電極21の上面には、固体誘電体層として上記誘電体板23が被せられている。誘電体板23は、例えば石英で構成されている。誘電体板23の周縁部は、アース電極21より突出しており、この周縁突出部分が、電極ホルダ22の凹部22yに収められている。図2に示すように、誘電体板23の上面は、凹部22zの底面と面一をなしている。
【0015】
図1および図2に示すように、上側のホット電極ユニット10は、ホット電極11(第1電極)と、電極ホルダ12と、誘電体板13と、ビーム14を有している。電極ホルダ12の上面に、ビーム14が左右に延びるようにして固定されている。図1に示すように、ビーム14の両端部は、電極ホルダ12より左右に突出されている。このビーム14の両端突出部分が、追って詳述する支持機構を兼ねた移動機構30を介して基台3に支持されている。図2および図3に示すように、ビーム14の前面の長手方向中央部には、把持部14aが設けられている。
【0016】
図1、図2、図5に示すように、電極ホルダ12の下面には、深い四角形の逆さ凹部12xと、その周縁に沿う極めて浅い逆さ凹部12yと、凹部12yの前後の縁から電極ホルダ12の前後の側面へ至る更に極浅の逆さ凹部12zとが形成されている。
【0017】
凹部12xには、四角形板状をなす上記ホット電極11が埋め込まれている。図2に示すように、ホット電極11は、給電線1aを介してパルス電源1(電界印加手段)に接続されている。パルス電源1は、正側のみのパルス状電圧を所定周期でホット電極11に供給するようになっている。
【0018】
図1に示すように、ホット電極11の内部には、冷却路(または温調路)11aが形成されている。この路11aに冷媒が通されることにより、ホット電極11が冷却(または温調)されるようになっている。
【0019】
図1、図2、図5に示すように、ホット電極11の下面は、固体誘電体層として上記誘電体板13で覆われている。誘電体板13は、例えば石英で構成されている。誘電体板13の周縁部は、ホット電極11より突出しており、この周縁突出部分が、凹部12yに収められている。図2に示すように、誘電体板13の下面は、逆さ凹部12zの上底面と面一をなしている。
【0020】
後述する処理位置(ホット電極ユニット10がアース電極ユニット20の真上に位置する状態)において、電極ホルダ12の下面と電極ホルダ22の上面との左右両側部どうし間には、例えば厚さ1〜2mm程度の隙間が形成されるようになっている。また、中央の誘電体板13,23どうし間には、例えば厚さ3〜5mm程度の隙間(プラズマ化空間)が形成されるようになっている。
【0021】
ホット電極ユニット10には、処理ガス導入手段が一体に形成されている。すなわち、図2に示すように、ホット電極ユニット10の電極ホルダ12の前側部には、処理ガスインレットポート15が設けられている。このインレットポート15に、フレキシブルなガスチューブ5aを介して処理ガス源5が接続されている。また、図2および図5に示すように、電極ホルダ12の前側の内部には、インレットポート15から延びる処理ガス路12aが形成されている。処理ガス路12aは、チャンバー12bと、ノズル孔12cとを有している。チャンバー12bは、左右に細長くなっている。ノズル孔12cは、チャンバー12bの全長域にわたるスリット状をなしてチャンバー12bの下隅から下方へ向かうにしたがってホット電極11へ近づくように斜めに延び、電極ホルダ12の下面に開口している。このノズル孔12cの開口は、誘電体板13の前側の縁に沿うようにしてその近傍に配されている。
【0022】
ホット電極ユニット10には、更に、カーテンガス導入手段が一体に形成されている。すなわち、図1に示すように、電極ホルダ12の左右両側部には、一対のカーテンガスインレットポート16が設けられている。これらインレットポート16に、フレキシブルなガスチューブ6aを介してカーテンガス源6が接続されている。なお、ガスチューブ6aは、途中で2本に分岐して左右のインレットポート16へそれぞれ延びている。また、図1および図5に示すように、電極ホルダ12の左右両側の内部には、インレットポート16から延びるカーテンガス路12dがそれぞれ形成されている。カーテンガス路12dは、チャンバー12eと、ノズル孔12fとを有している。チャンバー12eは、前後に細長くなっている。ノズル孔12fは、チャンバー12eの全長域にわたるスリット状をなしてチャンバー12eの下隅から下方へ向かうにしたがってホット電極11へ近づくように斜めに延び、電極ホルダ12の下面に開口している。このノズル孔12fの開口は、誘電体板13の左右に縁に沿うようにしてその近傍に配されている。
【0023】
なお、上記処理ガス源5には、洗浄用処理ガスとして例えばN2、O2、またはCF4などが貯えられている。また、上記カーテンガス源6には、カーテンガスとして例えばN2などの不活性ガスが貯えられている。なお、カーテンガスを処理ガスと同一のガスとし、2つのガス源5,6に共通の単一ガス源を用いることにしてもよい。
【0024】
図2に示すように、プラズマ処理装置Mには、使用済みの処理ガスおよびカーテンガスの吸引排気機構が備えられている。すなわち、アース電極ユニット20より後側の基台3の上面には、ダクト部材40が設けられている。ダクト部材40は、蓋形状をなし、基台3の上面と協働して吸込みダクト41を形成している。吸込みダクト41は、前方へ開口するとともに、吸引路4aを介して真空ポンプ4に連なっている。
なお、ダクト部材40の上面は、ホット電極ユニット10の電極ホルダ12の下面より下側に位置している。
【0025】
本発明の最も特徴的な要素である移動機構30について説明する。
図1および図3に示すように、移動機構30は、左右一対のガイドレール32とスライド部材31を有している。ガイドレール32は、電極ユニット10,20の左右側方に前後方向へ延びるようにして水平に配置されている。また、図3に示すように、ガイドレール32は、固定の電極ユニット20よりも後方へ大きく延出されている。ガイドレール32の前後両端部は、基台3に立設された支柱33によって支持されている。前側の支柱33には、処理位置センサ34(検出手段)が設けられている。
【0026】
左右のガイドレール32の各々に、スライド部材31が前後スライド可能に嵌合されている。各スライド部材31の上端部に、ホット電極ユニット10のビーム14の両端部が固定されている。
【0027】
これによって、移動機構20は、ホット電極ユニット10を、最も前側の処理位置(図3)と最も後側の退避位置(図4)との間で前後に水平移動可能に支持している。図1〜図3に示すように、ホット電極ユニット10は、処理位置においてアース電極ユニット20の真上に対向配置されるようになっている。このとき、図3に示すように、スライド部材31の前側面に設けられた凸部35が、前側の支柱33の処理位置センサ34の凹部に嵌まり込むようになっている。これにより、センサ34がオンされ(勿論オフされるようになっていてもよい)、ホット電極ユニット10が処理位置に正確に位置されたことが検出されるようになっている。
【0028】
センサ34のオン信号は、装置M全体の動作を管理するコントローラ7(図2)に入力されるようになっている。コントローラ7(処理許否手段)は、センサ34がオンになっているときのみ、処理ガスやカーテンガスの供給、および電源1からの電圧供給を許容するようになっている。また、センサ34がオフの時(ホット電極ユニット10が処理位置に位置していない時)に、作業者がガス供給や電圧供給などの運転操作を行なった場合には、図示しないブザーやランプなどの警報手段を介してアラームを出力するようになっている。さらに、装置Mには、センサ34に対応してオンオフするランプなどの電極位置表示手段(図示せず)が設けられており、ホット電極ユニット10が処理位置に正確に位置されているか否かを、作業者に報知できるようになっている。
【0029】
図4に示すように、ホット電極ユニット10は、退避位置では、アース電極ユニット20より後方にずれて配置されるようになっている。これによって、アース電極ユニット20が、露出されるようになっている。
【0030】
上記のように構成された常圧プラズマ処理装置Mを用いて基材Wを洗浄処理する手順を説明する。
洗浄処理すべき基材Wを装置Mにセットする。このセット工程では、ホット電極ユニット10を退避位置に位置させてアース電極ユニット20を露出させる。これによって、ホット電極ユニット10に邪魔されることなく、アース電極ユニット20の誘電体板23上に基材Wを容易に載置することができる。
【0031】
次に、把持部14aを持って前方へ引き、ホット電極ユニット10を処理位置まで水平移動させる。この水平移動に必要な力は、ほぼスライド抵抗の分だけで済み、上掲特許文献2の装置のような上下動する場合と比べ、極めて小さな力で楽に移動させることができる。
【0032】
勿論、ホット電極ユニット10を動かす際は、アース電極ユニット20の上に手を置かないようにする。しかし、誤って手を置いていたとしても、ホット電極ユニット10によって前方へ突き出されるだけであり、上下の電極ユニット10,20間に挟まれるおそれがない。これによって、安全性を高めることができる。
【0033】
ホット電極ユニット10が処理位置に位置されたか否かはセンサ34によって検出される。センサ34がオンされていない限り、コントローラ7によって後続の処理操作の実行が拒否される。これによって、誤動作を無くすことができ、信頼性および安全性を高めることができる。
【0034】
作業者は、上記電極位置表示手段によってホット電極ユニット10が処理位置に位置されていることを確認した後、処理時間などの設定を行なったうえで、処理開始スイッチを入れる。
【0035】
これによって、処理ガス源5の処理ガスが、チューブ5aを経てポート15に導入される。この処理ガスは、路12aのチャンバー12bなどで左右方向に均一化された後、ノズル孔12cを経て、上下のホルダ12,22の前側部どうし間の隙間に吹出される。そして、誘電体板13,23間の隙間(プラズマ化空間)へ導かれる。一方、ホット電極11には、パルス電源1からパルス電圧が供給される。これによって、上記プラズマ化空間に電界が形成され、処理ガスがプラズマ化される。このプラズマによって、基材Wの上面を洗浄することができる。ここで、パルス電源1からのパルス電圧は、正のみの片電圧であるため、アーク放電が起きた場合、損傷を受けるのはアース電極ユニット20だけであり、ホット電極ユニット10が損傷することは無い。
【0036】
上記処理ガスと併行して、カーテンガス源6のカーテンガスが、チューブ6aを経て左右のポート16に導入される。そして、路12dのチャンバー12eなどで前後方向に均一化された後、ノズル孔12fを経て、上下のホルダ12,22の左右両側間の隙間に吹出される。これによって、ガスカーテンが形成され、処理ガスが電極ユニット10,20の間から左右外側へ漏れるのを防止することができる。
【0037】
使用済みの処理ガスおよびカーテンガスは、ホルダ12,22の後側の凹部12z,22z間の隙間を経て電極ユニット10,20の後方へ流出する。この流出ガスは、ダクト41に吸込まれ、路4aを経て、真空ポンプ4によって吸引排気される。
【0038】
基材Wの洗浄処理終了後は、処理ガスおよびカーテンガスの供給を停止するとともに電源投入を停止する。そして、ホット電極ユニット10を押して退避位置へ移動させる。この移動もあまり力を要さず楽に行うことができる。ホット電極ユニット10の退避によって、アース電極ユニット20上の洗浄済み基材Wを露出させることができ、これを簡単に取り出すことができる。
【0039】
何らかのトラブルが起きるなどして、アース電極ユニット20の点検、補修、掃除などのメンテナンス作業の必要が生じた場合にも、ホット電極ユニット10を退避位置に位置させる。これによって、ホット電極ユニット10に邪魔されることなく、アース電極ユニット20のメンテナンスを簡単かつ短時間に行なうことができる。(一方、上掲特許文献2のような上下動方式の装置で下側電極のメンテナンス性を確保するには、上側電極のストロークを非常に大きくしたり、上下動だけでなく特許文献2のように回転も可能にしたりする必要があり、装置構成が大型化、複雑化する。)
上述したように、正側のみの片パルス電圧印加の装置Mにおいては、ホット電極ユニット10が損傷することは殆ど無いので、アース電極ユニット20さえメンテナンス性が良好であれば十分である。
【0040】
この常圧プラズマ処理装置Mの移動機構30は、構造が簡素で、安価に作ることができる。また、電極ユニット10,20の左右外側に移動機構30が配置されているので、装置Mの手前側からの基材Wの出し入れを簡単に行なうことができる。
【0041】
本装置Mは、常圧下でプラズマ処理するものであるので、電極ユニット10,20間の隙間を完全にシールする必要がない。したがって、電極ユニット10を水平にのみ移動させるのに適している。(上掲特許文献2のような減圧化で処理するものにおいて水平移動構造を採用した場合には、シールの確保が問題となり、構造の複雑化を招く。)
【0042】
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変が可能である。
例えば、移動機構に駆動手段を組み込み、この駆動力によって第1電極を水平移動させるようにしてもよい。その場合でも小さな動力で済むことは、上記手動式の実施形態と同様である。
上側の第1電極を固定し、下側の第2電極を水平移動させるようにしてもよい。
本発明は、洗浄だけでなく、成膜、エッチング、アッシングなどの他のプラズマ処理にも適用できる。
【0043】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電極間の隙間が狭くても第1電極を退避位置に位置させることによって基材のセットや取り出しを容易に行うことができる。しかも、第1電極を相対移動させるのに必要な力が小さくて済み、簡単に移動させることができる。また、処理位置への移動の際に上下の電極間に指などが挟まれないようにすることができ、安全性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る常圧プラズマ処理装置の主要部を、該装置のホット電極ユニットが処理位置に位置する状態で示す正面断面図である。
【図2】上記常圧プラズマ処理装置の主要部を、ホット電極ユニットが処理位置に位置する状態で示す側面断面図である。
【図3】図1および図2の平面図である。
【図4】上記常圧プラズマ処理装置の主要部を、ホット電極ユニットが退避位置に位置する状態で示す平面図である。
【図5】上記ホット電極ユニットの底面図である。
【符号の説明】
M 常圧プラズマ処理装置
W 基材
1 パルス電源(電界印加手段)
7 コントローラ(処理許否手段)
10 ホット電極ユニット
11 ホット電極(第1電極)
20 アース電極ユニット
21 アース電極(第2電極)
30 移動機構
31 スライド部材
32 ガイドレール
34 処理位置センサ(検出手段)
Claims (3)
- 略常圧下において処理ガスを電界でプラズマ化して基材の表面を処理するプラズマ処理装置であって、上記電界を形成するための上下一対の第1、第2電極と、第1電極を第2電極の上方に対向させる処理位置と第2電極から水平にずらした退避位置との間で水平に相対移動させる移動機構と、上記第1電極が処理位置にあるか否かを検出する検出手段と、上記第1電極が処理位置にあるときのみ第1電極と第2電極の間で上記電界が印加されるのを許容し、ひいては上記表面処理が実行されるのを許容する処理許否手段と、を備え、上記処理位置が、上記移動機構による移動範囲の一端にあり、上記表面処理の実行中、第1電極と第2電極の相対位置が固定され、かつ第1電極と第2電極との間に形成されるプラズマ化空間の厚さが3〜5mmであり、上記移動機構が、上記第2電極の上記移動方向と直交する方向の両側において上記第2電極に沿って上記移動方向に延びるように水平に配された一対のガイドレールと、上記ガイドレールの各々に上記移動方向へスライド可能かつ上下動不能に嵌合されたスライド部材とを含み、上記第1電極が、上記スライド部材に連結されて上下動不能であることを特徴とするプラズマ処理装置。
- 上記移動機構が、手動式であることを特徴とする請求項1に記載のプラズマ処理装置。
- 上記第1電極に正側のみのパルス電圧を供給する電界印加手段が接続され、上記第2電極が接地されていることを特徴とする請求項1又は2に記載のプラズマ処理装置。
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