JP4407100B2

JP4407100B2 - プラズマ放電処理装置

Info

Publication number: JP4407100B2
Application number: JP2002180321A
Authority: JP
Inventors: 孝ニ深沢; 菊男前田; 浩司尾▲崎▼; 茂田島
Original assignee: Konica Minolta Inc
Current assignee: Konica Minolta Inc
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2022-06-20
Also published as: JP2004018998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大気圧または大気圧近傍の圧力下において、反応性ガスをプラズマ化し、基材表面に薄膜を形成するプラズマ放電処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ＬＳＩ、半導体素子、液晶表示デバイス等の各種製品には、基材上に電極膜、誘電体保護膜、反射防止膜等の高機能性の薄膜を設けた材料が多数用いられている。
薄膜の形成方法としては、大気圧または大気圧近傍の圧力下で、対向する電極間に導入した反応性ガスに対して所定の周波数で電圧を印加することで、この反応性ガスをプラズマ化した状態で電極から離れて配置した基材に吹き付けることで薄膜を形成する、いわゆる大気圧プラズマ法が知られており、この大気圧プラズマ法を使用する装置としてプラズマ放電処理装置が知られている。
【０００３】
通常、プラズマ放電処理装置では薄膜形成の際に電極表面がプラズマ化した反応性ガスに曝されることになるため、形成する薄膜とほぼ同一成分からなる堆積物が電極表面にも付着する。
従って、これら堆積物の影響による電極の放電状態の変化や薄膜の性能低下を防止すべく、定期的に電極表面のクリーニング作業を行なっている。
一般的なクリーニング作業としては、例えば、作業者が手作業により電極表面の堆積物を削り落とす方法や、あるいは、電極間に導入したクリーニングガスに電圧を印可してプラズマ化させ、プラズマ化したクリーニングガスのエッチング作用により堆積物をガス状の物質に分解して除去する方法（セルフクリーニング法）が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような従来の堆積物除去方法では、成膜作業の終了後にクリーニング作業を行なわなければならないため、作業性が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、上述の問題を考慮したものであり、クリーニング作業の作業性を向上し、効率的に薄膜を形成できるプラズマ放電処理装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、大気圧または大気圧近傍の圧力の下で、対向する電極間から反応性ガスを外部に噴出し、放電により前記反応性ガスをプラズマ状態とするガス噴出手段を備え、前記ガス噴出手段を基材に対して相対的に移動させることで基材表面に薄膜を形成するプラズマ放電処理装置であって、前記ガス噴出手段を少なくとも二つ以上備え、少なくとも一つのガス噴出手段による成膜作業中に、成膜作業を行なっていない他のガス噴出手段の前記電極間にクリーニングガスを導入し、該電極間に電圧を印加することで放電プラズマを発生させて、エッチング作用により該電極に付着した堆積物を除去するクリーニング作業を行なうとともに、成膜作業を行なうための成膜部とクリーニング作業を行なうためのクリーニング部とを、前記成膜部中の前記反応性ガスと前記クリーニング部中の前記クリーニングガスとが混在しない位置に離間して配設し、前記各ガス噴出手段を、作業内容に応じて前記成膜部内又は前記クリーニング部内に移動させることを特徴とする。
【０００７】
ここで、反応性ガスをプラズマ状態にするとは、反応性ガスに励起不活性ガスを接触させることにより、反応性ガス中の分子の少なくとも一部をイオン化又はラジカル化された分子にすることをいう。
また、励起不活性ガスとは、電子が解離、イオン化された状態になった不活性ガス分子を含有する不活性ガス又は電子が高エネルギー状態に遷移し、ラジカル化された不活性ガス分子を含有する不活性ガスのことをいう。
また、クリーニングガスとしては特に限定されるものではないが、堆積物の種類に応じて、例えば、ＣＦ４、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣｌＦ３等を用いるものとする。
また、大気圧又は大気圧近傍の圧力下とは、２０ｋＰａ〜１１０ｋＰａの圧力下を指す。
【０００８】
請求項１記載の発明によれば、二つ以上備えたガス噴出手段のうち、少なくとも一つのガス噴出手段が成膜作業を行なっている間に、成膜作業を行なっていない他のガス噴出手段の電極間にクリーニングガスを導入し、電極に付着した堆積物を除去するクリーニング作業を行なう。
従って、クリーニング作業を成膜作業と並行して行うことができるので、作業性を向上させることができる。
【００１０】
また、成膜部とクリーニング部とを、成膜部中の反応性ガスとクリーニング部中のクリーニングガスとが混在しない位置に離して配設し、ガス噴出手段を必要に応じて成膜部内又はクリーニング部内に移動させる。
従って、成膜作業中に、反応性ガスにクリーニングガスが混在してしまう事態を未然に防止でき、薄膜品質の低下を防止できる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のプラズマ放電処理装置であって、前記電極の放電面以外の部分に絶縁性を有する部材を着脱自在に配設することを特徴とする。
【００１４】
請求項２記載の発明によれば、請求項１と同様の効果を得られると共に、電極の放電面以外の部分に配設した絶縁性を有する部材に堆積物が付着することになる。従って、一定量の堆積物が付着した時点で絶縁性を有する部材を取り替えることで、少なくとも電極の放電面以外の部分における堆積物の付着を防止できると共に、クリーニング作業に要する時間を短縮できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施の形態例〕
以下、本発明の第１の実施の形態例について詳細に説明する。
図１に示すように、プラズマ放電処理装置１０は、左右方向に連設された少なくとも二つ以上（図１には成膜部５０内に１つ、クリーニング部６０内に１つ示す。）のガス噴出手段２０、ガス噴出手段２０を所定方向に移動させる移動手段３０（図２を参照）、基材１を載置するためのテーブル４０、成膜作業を行なうための成膜部５０、クリーニング作業を行なうためのクリーニング部６０、ガス噴出手段２０及び移動手段３０の駆動を制御する制御手段７０(図２を参照)等から概略構成される。
各ガス噴出手段２０は、電源３に接続した電極２１、ガス流路２２、ノズル２３等を備える。
電極２１としては、略矩形状の二枚の平板電極２１ａが左右に対向して配置された、いわゆる平行平板型の電極２１が用いられている。
【００１６】
図示は省略するが、平板電極２１ａの対向する面（内面）の少なくとも一方は誘電体で被覆されている。
電極２１としては、銀、白金、ステンレス、アルミニウム、鉄等の金属を用いることができる。
誘電体としては、ケイ酸塩系ガラス・ホウ酸塩系ガラス・リン酸塩系ガラス・ゲルマン酸塩系ガラス・亜テルル酸塩ガラス・アルミン酸塩ガラス・バナジン酸塩ガラス等を用いることができ、また、気密性の高い高耐熱性のセラミックスを焼結したセラミックスを用いてもよい。セラミックスの材質としては例えばアルミナ系、ジルコニア系、窒化珪素系、炭化珪素系のセラミックスが挙げられる。
【００１７】
また、図示は省略するが、電極２１の内面（放電面）以外の部分には、絶縁性を有する部材が着脱自在に配設されている。絶縁性を有する部材としては、例えば「カプトン」（登録商標デュポン株式会社製）が挙げられる。このように、電極２１の放電面以外の部分に絶縁性を有する部材を配設することで、堆積物は絶縁性を有する部材の表面に付着することとなる。従って、一定量の堆積物が付着した時点で絶縁性を有する部材を取り替えることで、少なくとも電極２１の放電面以外の部分における堆積物の付着を防止できると共に、クリーニング作業に要する時間を短縮できる。なお、絶縁性を有する部材を電極２１に配設しないものとしてもよい。
【００１８】
ガス流路２２は、作業内容に応じて、反応性ガスと不活性ガスが混在したガス（以下、「混合ガス」という。）又はクリーニングガスを送給するためのものであり、二枚の平板電極２１ａ間の隙間がガス流路２２として利用されている。
なお、図示は省略するが、二枚の平板電極２１ａの前後左右を、若干の隙間を設けた状態で囲むように側壁が配置されており、電極２１間に存在する混合ガスの周囲への拡散や、あるいは、複数のガス噴出手段２０２０が噴出した混合ガス同士が混ざり合うことを防止するようになっている。
【００１９】
ガス流路２２の上部にはガス導入口２２ａが設けられており、このガス導入口２２ａは混合ガス又はクリーニングガスを一時的に貯留するガス貯留部２４を介してガス供給手段２５（図２を参照）に連結している。そして、制御手段７０がガス供給手段２５の駆動を制御することで、ガス流路２２内に所定の混合ガス又はクリーニングガスが供給されるようになっている。
ガス流路２２の下部には、二枚の平板電極２１ａ間で発生した励起不活性ガスを外部に放出するためのノズル２３が設けられている。
本実施の形態のプラズマ放電処理装置１０においては、ガス流路２２の下部をそのままノズル２３として用いているが、二枚の平板電極２１ａ間で発生した反応性ガスを外部に放出する際の放出角度や放出強度を調整できるように部材を取り付けたり、あるいは加工を施すことが好ましい。
【００２０】
テーブル４０は、上面に載置される基材１を、ガス噴出手段２０のノズル２３に対向する位置に保持するための略矩形状の板体である。
テーブル４０の左右方向の長さは、基材１の左右方向の長さＬより長く形成されており、基材１を左右から挟む部分には品質保持用基材１２が配置されている。品質保持用基材１２は、その表面が基材１の表面と略面一となるように配置される部材であり、成膜作業時に品質保持用部材１２の上方までガス噴出手段２０を移動させ、品質保持用部材１２の表面に対してもプラズマ化した反応性ガスを噴出することにより、基材１表面に形成される薄膜の左右側縁部分の品質を、他の部分と同様の品質にすることができる。
なお、成膜効率を向上させるため、図１に示すように、テーブル４０上面と基材１との間に平板状の誘電体４１を敷設しておくことが好ましい。
【００２１】
成膜部５０は、その内部において製膜作業を行なうために配設され、また、クリーニング部６０は、その内部においてクリーニング作業を行なうために配設される。
成膜部５０及びクリーニング部６０の形状は特に限定されるものではないが、本実施の形態においては、成膜部５０に関してはその内部にガス噴出手段２０及びテーブル４０を配設できる程度の寸法を備える箱型に形成し、クリーニング部６０に関してはその内部にガス噴出手段２０を配設できる程度の寸法を備える箱型に形成している。
なお、クリーニング部６０内に配設されるテーブル４０は、成膜部５０内のテーブル４０と比較して左右方向に短いものとなっている。
【００２２】
また、成膜部５０とクリーニング部６０は、成膜部５０中の反応性ガスとクリーニング部６０中のクリーニングガスとが混在しない程度に離れた位置に配設されている。
また、成膜部５０及びクリーニング部６０には、反応性ガス及びクリーニングガスが外部に大量に拡散しない程度の大きさで開口（図示せず）が設けられている。そして、この開口を介してガス噴出手段２０が成膜部５０内とクリーニング部６０内を移動するようになっている。
【００２３】
図２に示すように、制御手段７０はインターフェイス７１、ＲＯＭ７２（Read Only Memory）、ＲＡＭ７３（Random Access Memory）、ＣＰＵ７４（Central Processing Unit）等から構成され、ＲＯＭ７２中に書き込まれている制御プログラムやパターンデータに従いインターフェイス７１に接続された各種装置を制御するようになっている。
【００２４】
インターフェイス７１には、ガス供給手段２５、ガス噴出手段２０を基材１に対して移動させるための移動手段３０、電極２１に所定の周波数及び出力の電圧を印加するための電源コントロール手段８０、各種センサー９０等が電気的に接続されている。
【００２５】
ＲＯＭ５２には、プラズマ放電処理装置１０の動作に必要な各種制御プログラムやパターンデータが書き込まれている。ＲＡＭ５３は、電力が供給されている間だけ入力されたデータを複数記憶可能であり、各種データの記憶領域とＣＰＵ５４による作業領域などが備えられている。
ＣＰＵ５４は、ＲＯＭ５２に格納されている各種プログラムの中から指定されたプログラムをＲＡＭ５３内の作業領域に展開し、指定されたパターンデータや各センサーからの入力信号に応じて、プログラムに従った各種処理を実行する。
【００２６】
パターンデータは、例えば、反応性ガス、不活性ガス及びクリーニングガスの種類、混合比率、流量、電極２１に印加する電圧の出力値及び周波数、パターニング条件、ヘッドの移動速度、排気ガスの流量等のデータから構成されており、このようなパターンデータが予め複数設定され、ＲＯＭ５２に記憶されている。
【００２７】
次に図１に示したプラズマ放電処理装置１０を用いた成膜作業及びクリーニング作業について説明する。
まず、作業者が複数のパターンデータから任意のパターンデータを選択すると、制御手段７０は制御プログラムに従い、成膜部５０内に位置するガス噴出手段２０のガス導入口２２ａからガス流路２２内に同一種類あるいは異なる種類の混合ガスを導入し、電極２１間に大気圧又は大気圧近傍の圧力下で不活性ガスを存在させる。
そして、電源コントロール手段８０の駆動を制御して電極２１間に所定の電圧を印加することで、電極２１間の不活性ガスを励起し、励起不活性ガスを発生させる。
【００２８】
反応性ガスはガス流路２２内において励起不活性ガスに接触することでプラズマ化される。そして、プラズマ化した反応性ガス及び励起不活性ガスは、新たにガス導入口２２ａからガス流路２２内に導入されてくる混合ガスに押され、ノズル２３から外部へと噴出される。
制御手段７０は、移動手段３０の駆動を制御して、ガス噴出手段２０を左右方向に往復移動させつつ、基板１に対してプラズマ化した反応性ガスを噴出する。
そして、プラズマ化した反応性ガスが基材１に接触することで、基材１表面に所定の薄膜が形成される。
【００２９】
さらに、上記成膜作業中に、制御手段７０はクリーニング部６０内に位置するガス噴出手段２０のガス導入口２２ａからガス流路２２内にクリーニングガスを導入し、電極２１間に大気圧又は大気圧近傍の圧力下でクリーニングガスを存在させる。そして、電極２１間に電圧を印加することで放電プラズマを発生させ、エッチング作用により電極２１に付着した堆積物をガス状の物質に分解して除去する。
ガス状の物質は新たにガス導入口２２ａからガス流路２２内に導入されるクリーニングガスに押され、ノズル２３から外部へ排出される。
その後、成膜作業及びクリーニング作業が終了した時点で、制御手段７０は移動手段３０の駆動を制御し、クリーニング作業を行なったガス噴出手段２０を成膜部５０内に移動させ、また、堆積物を除去する必要があるガス噴出手段２０をクリーニング部６０内に移動させる。そして、必要に応じて上述の作業を繰り返し行なう。
【００３０】
このように、本実施の形態に示したプラズマ放電処理装置１０によれば、二つ以上備えたガス噴出手段２０のうち、少なくとも一つのガス噴出手段２０が成膜部５０内において成膜作業を行なっている間に、クリーニング部６０内において成膜作業を行なっていない他のガス噴出手段２０に対してクリーニング作業を行なう。
従って、クリーニング作業を成膜作業と並行して行うことができるので、作業性を向上させることができる。
【００３１】
また、本実施の形態に示したプラズマ放電処理装置１０によれば、成膜部５０とクリーニング部６０とを、成膜部５０中の反応性ガスとクリーニング部６０中のクリーニングガスとが混在しない位置に離して配設し、ガス噴出手段２０を成膜部５０内又はクリーニング部６０内に移動させる。
従って、成膜作業中に、反応性ガスにクリーニングガスが混在する事態を未然に防止でき、薄膜品質の低下を防止できる。
【００３２】
〔第２の実施の形態〕
次に、本発明の第２の実施の形態例について図３を用いて説明する。なお、本実施の形態にかかるプラズマ放電処理装置１００において、上述の第１の実施の形態と同じ構成となる部分には図面中同一の符号を付してあり、また、それらの説明は省略する。
【００３３】
このプラズマ放電処理装置１００の構成において、第１の実施の形態に示したプラズマ放電処理装置１０と相違するのは、ガス噴出手段２０として平行平板型の電極２１を用いずに、前後方向に延びる左右一対の棒状の電極１０１を用い、テーブル４０上面に平板型の電極１０２を配設する点である。
本実施の形態においては、棒状の電極１０１を高周波の電源３に接続し、平板型の電極１０２を接地するものとするが、これに限らず、例えば、棒状の電極１０１を低周波の電源３に接続し、平板型の電極１０２を高周波の電源３に接続する構成であってもよい。
【００３４】
そして、電極１０２の上面に基材１を載置した状態で、電極１０１間から混合ガスを基材１に噴出させると共に電極１０１及び電極１０２を放電させることにより、電極１０１間から電極１０２に及ぶ範囲内の反応性ガスがプラズマ状態となり、基材１表面に薄膜が形成される。また、第１の実施の形態例と同様に、所定のタイミングで電極１０１間にクリーニングガスを導入することで、エッチング作用により電極１０１及び電極１０２に付着した堆積物をガス状の物質に分解して除去する。
このような構成を備えたプラズマ放電処理装置によっても、上記第１の実施の形態例と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることはなく適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態においては、成膜作業を行なうための成膜部５０とクリーニング作業を行なうためのクリーニング部６０とを離して配置するものとしたが、これに限らず、成膜作業を行なっているガス噴出手段２０とクリーニング作業を行なっているガス噴出手段２０の間に、反応性ガスとクリーニングガスとの混在を防止する遮蔽手段として、例えばシャッターや衝立のような部材を設けるものとしても良い。
そして、クリーニング作業が終了したガス噴出手段２０を他の場所に移動させずにそのまま成膜作業を行ない、また、成膜作業が終了したガス噴出手段２０を他の場所に移動させずにそのままクリーニング作業を行なうものとしてもよい。
このような遮蔽部材を設けることで、成膜作業とクリーニング作業とを近接した場所で行なうことが可能となり、作業性を向上できる。また、成膜部５０及びクリーニング部６０を設ける場合と比較して、プラズマ放電処理装置１０及び１００の製造コストを抑えることができる。
【００３６】
また、遮蔽手段の一部に開閉自在の開口を設け、クリーニング作業が終了したガス噴出手段２０を開口を介して成膜作業を行なう場所に移動させ、成膜作業が終了したガス噴出手段２０を開口を介してクリーニング作業を行なう場所に移動させるものとしてもよい。
また、本実施の形態では、成膜作業において、基材１をテーブル４０上に固定した状態でガス噴出手段２０を左右に移動させるものとしたが、これに限らず、例えば、ガス噴出手段２０を固定しておき、テーブル４０を基材１と一体に左右に移動させるなど、ガス噴出手段２０と基材１とを相対的に移動できる構成を備えていれば良い。
また、制御手段７０については、図２に示した構成に限定されず、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のプラズマ放電処理装置によれば、クリーニング作業の作業性を向上し、効率的に薄膜を形成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に示すプラズマ放電処理装置を示す要部断面図である。
【図２】プラズマ放電処理装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第２の実施の形態に示すプラズマ放電処理装置を示す要部断面図である。
【符号の説明】
１基材
１０プラズマ放電処理装置
２０ガス噴出手段
２１電極
５０成膜部
６０クリーニング部
１００プラズマ放電処理装置
１０１電極
１０２電極

Claims

大気圧または大気圧近傍の圧力の下で、対向する電極間から反応性ガスを外部に噴出し、放電により前記反応性ガスをプラズマ状態とするガス噴出手段を備え、前記ガス噴出手段を基材に対して相対的に移動させることで基材表面に薄膜を形成するプラズマ放電処理装置であって、
前記ガス噴出手段を少なくとも二つ以上備え、
少なくとも一つのガス噴出手段による成膜作業中に、成膜作業を行なっていない他のガス噴出手段の前記電極間にクリーニングガスを導入し、該電極間に電圧を印加することで放電プラズマを発生させて、エッチング作用によりこの電極に付着した堆積物を除去するクリーニング作業を行なうとともに、
成膜作業を行なうための成膜部とクリーニング作業を行なうためのクリーニング部とを、前記成膜部中の前記反応性ガスと前記クリーニング部中の前記クリーニングガスとが混在しない位置に離間して配設し、
前記各ガス噴出手段を、作業内容に応じて前記成膜部内又は前記クリーニング部内に移動させることを特徴とするプラズマ放電処理装置。
請求項１に記載のプラズマ放電処理装置であって、
前記電極の放電面以外の部分に絶縁性を有する部材を着脱自在に配設することを特徴とするプラズマ放電処理装置。