JP4570134B2

JP4570134B2 - 大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法

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Publication number: JP4570134B2
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Inventors: 厚長田
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Publication date: 2010-10-27
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Description

本発明は、半導体基板などの被処理物の表面処理装置に係り、特に被処理物を大気圧又はその近傍の圧力下において表面処理を行うための大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法に関する。

半導体製造装置の分野では、半導体基板に対して有機物を除去するアッシングや半導体基板の表面を除去するエッチング、さらには酸化や窒化等の種々の表面処理が行われている。半導体基板の表面に存在する有機物をアッシングする場合には、半導体基板を配置した真空容器内に酸素を供給して真空プラズマを発生させ、真空プラズマによって生成した活性な酸素により有機物を燃焼させていた。また、半導体基板をエッチングする場合には、半導体基板を酸などの溶液に浸したり、半導体基板を配置した真空容器中にＣＦ_４などの処理ガスを導入し、真空プラズマによって活性なフッ素などを生成して半導体基板をエッチングしていた。

ところで、真空プラズマを用いたアッシングやエッチングは、高価な真空機器を設置しなければならないとともに、容器内を真空にするための処理に多くの時間を必要とする。また、真空プラズマを発生させるために大きなエネルギーを必要とし、半導体製造装置の製造コストを上昇させる要因となる。また、半導体基板を酸溶液に浸漬するウエットエッチングは、エッチング後に純粋による洗浄、乾燥を行わなければならないため、多くの時間と手間が必要で、生産性が低下して製造コストを増大させる要因となる。
そこで、大気圧又はその近傍の圧力において処理ガスをプラズマ化し、いわゆる大気圧プラズマによって活性化したガスを用いてアッシングやエッチングを行うことが従来から提案されている。

図４に示すように、従来の大気圧プラズマ処理装置１００は、下部電極で構成され半導体基板Ｍなどの被処理物を配置するステージ１０２と、ステージ１０２の上方にかつステージ１０２に対向するように配置されて高周波電源１０４に接続した高周波電極１０６と、を有している。この高周波電極１０６とステージ１０２との間が放電空間１０８となっている。なお、ステージ１０２は、所定の配線等によりアースに接続されている。また、高周波電極１０６と高周波電源１０４との間には、高周波マッチング回路１１０が設けられている。また、放電空間１０８の近傍には、処理ガス供給ノズル１１２が配置してあり、放電空間１０８にヘリウムと酸素との混合ガスや、ヘリウムと四フッ化炭素（ＣＦ_４）との混合ガスなどを供給できるようになっている。

上記した大気圧プラズマ処理装置１００によれば、ステージ１０２上に半導体基Ｍを配置させた後、処理ガス供給ノズル１１２から放電空間１０８に処理ガスを供給し、高周波電源１０４によって高周波電極１０６とステージ１０２との間に高周波電圧を印加させる。これにより放電空間１０８内の処理ガスが電離してプラズマＰが発生し、処理ガスが電離した励起状態となって活性化される。放電空間１０８に発生したプラズマＰがステージ上の半導体基板Ｍに衝突することにより、半導体基板Ｍの表面処理が行われる。

特開２００３−２７３０８４号公報

しかしながら、上記した大気圧プラズマ処理装置では、高周波電極とステージとの間の放電空間に半導体基板が配置された状態で、プラズマにより表面処理が行われるため、効率良く表面処理を行うためには絶縁物である半導体基板の厚みを可能な限り薄くする必要がある。このため、半導体基板を大気圧プラズマ処理装置により表面処理する場合には、常に半導体基板の厚みを考慮しなければならず、半導体基板の表面処理効率が低下する問題がある。
また、半導体基板はプラズマにより表面処理されることになるが、この処理時には上方の高周波電極から下方のステージに向かってプラズマが流れるため、半導体基板とプラズマとの衝突により半導体基板の表面が破損（以下、適宜「プラズマダメージ」と称する。）することもある。

そこで、本発明は、上記事情を考慮し、半導体基板などの被処理物の厚みを考慮することなく表面処理を行うことにより表面処理効率の低下を防止することができ、かつ、被処理物のプラズマダメージを大幅に低減することができる大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法を提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明は、大気圧下においてプラズマにより被処理物の表面処理を行う大気圧プラズマ処理装置であって、アースに接続され前記被処理物の表面に対して直交するように配置された第１電極と、前記第１電極に対向するように配置され、前記第１電極との間に前記被処理物を前記表面処理するための放電空間を形成する第２電極と、前記第２電極にマッチング回路を介して接続され前記第２電極に高周波電力を供給する高周波電源と、前記放電空間に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、前記被処理物を搬送するための搬送ローラと、を有し、前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して前記処理ガスを供給することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、処理ガス供給手段により第１電極と第２電極との間に形成された放電空間に処理ガスを供給し、高周波電源により第２電極に高周波電力を供給し第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加する。これにより、放電空間内の処理ガスが電離してプラズマが発生し、処理ガスが電離した励起状態となって活性化される。そして、放電空間内に発生したプラズマが第２電極から第１電極に向かって流れる。
ここで、第１電極と第２電極とはそれぞれ被処理物の表面に対して略直交するように配置されているため、プラズマも被処理物の表面に対して直交するように流れる。このとき、プラズマの一部が被処理物の表面をかすり、被処理物の表面処理が行われる。
以上のように、本発明によれば、被処理物を放電空間内部に置き被処理物の上方から下方に流れるプラズマによりその表面処理を行わないため、被処理物の厚みを厚くした場合でも、表面処理精度を低下することなく表面処理を行うことができる。これにより、表面処理をする際に被処理物の厚みを考慮する必要が無いため、表面処理効率の低下を防止できる。
また、プラズマが被処理物の表面に対して直交するように流れるため、プラズマが被処理物の表面に向かって流れ衝突する場合と比較して、被処理物へのプラズマダメージを大幅に低減することができる。これにより、表面処理時にプラズマが被処理物に及ぼす悪影響を防止することができる。

また、被処理物が搬送ローラにより搬送される構成であるため、被処理物の表面処理時において被処理物に熱による曲げ応力が作用する。これにより、プラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位が反ろうとする。
ここで、処理ガス供給手段により、放電空間内の他に、プラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位（前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物）に処理ガスを供給することにより、この処理ガスの供給に伴う圧力が被処理物の反りに対抗するように被処理物に作用し、被処理物の反りが阻止される。この結果、被処理物を搬送するための搬送空間を可能な限り狭くすることができるため、放電空間に供給するための処理ガスの量を低減することができ、被処理物の表面処理に要するコストを低減することができる。
また、処理ガス供給手段により、放電空間内の他に、プラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位に処理ガスを供給することにより、外気が処理ガスによって遮断されるため、被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位から放電空間側に向かって外気が入り込むことを防止できる。この結果、処理ガスに外気が混入することを防止でき、ＮＯ_Ｘの発生を抑制することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置において、前記放電空間のガスを排気する排気手段を有することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、排気手段により放電空間近傍のガスが排気されるため、処理ガスの他に、処理ガスが被処理物の有機物と反応して生成した生成ガスも放電空間近傍から除外することができる。これにより、前記生成ガスがプラズマによる被処理物の表面処理に影響することがなく、被処理物の表面処理の均一化を図ることができる。
なお、本明細書において、「ガス」とは、処理ガスの他に、処理ガスが被処理物である半導体基板の有機物と反応して生成した生成ガス等を含めたものを意味する。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の大気圧プラズマ処理装置において、前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して、前記排気手段により排気された前記ガスを導き供給する再供給手段を有することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、プラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位（前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物）に、排気手段により排気されたガスが再供給手段により導き供給されることにより、排気されたガスを再利用することができる。これにより、処理ガスの使用量を大幅に低減することができ、被処理物の表面処理に要するコストを大幅に低減することができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ処理装置において、前記放電空間と前記被処理物を搬送するための搬送空間とを区画する区画部材を設け、前記区画部材には前記放電空間と前記搬送空間とを連通するための連通孔が形成されていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、放電空間内部のイオンが区画部材により遮断され、かつ放電空間内部のラジカルのみが区画部材に形成された連通孔を通って半導体基板に誘導されるため、イオンが半導体基板に及ぼす悪影響（イオンダメージ）を低減することができる。

請求項５に記載の発明は、アースに接続された第１電極と、マッチング回路を介して高周波電源に接続された第２電極と、をそれぞれ被処理物の表面に対して直交するように配置させ、前記高周波電源により前記第２電極に高周波電力を供給して前記第１電極と前記第２電極との間の放電空間に高周波電圧を印加し、前記放電空間に処理ガス供給手段により供給した処理ガスを電離させてプラズマを発生させ、大気圧下において前記プラズマにより前記放電空間に位置する前記被処理物を表面処理する大気圧プラズマ処理方法であって、前記被処理物は、搬送ローラにより搬送され、前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して前記処理ガスが供給されることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、処理ガス供給手段により第１電極と第２電極との間に形成された放電空間に処理ガスを供給し、高周波電源により第２電極に高周波電力を供給し第１電極と第２電極との間に高周波電圧を印加する。これにより、放電空間内の処理ガスが電離してプラズマが発生し、処理ガスが電離した励起状態となって活性化される。そして、放電空間内に発生したプラズマが第２電極から第１電極に向かって流れる。
ここで、第１電極と第２電極とはそれぞれ被処理物の表面に対して略直交するように配置されているため、プラズマも被処理物の表面に対して直交するように流れる。このとき、プラズマの一部が被処理物の表面をかすり、被処理物の表面処理が行われる。
以上のように、本発明によれば、被処理物を放電空間内部に置き被処理物の上方から下方に流れるプラズマによりその表面処理を行わないため、被処理物の厚みを厚くした場合でも、表面処理精度を低下することなく表面処理を行うことができる。これにより、表面処理をする際に被処理物の厚みを考慮する必要が無いため、表面処理効率の低下を防止できる。
また、プラズマが被処理物の表面に対して直交するように流れるため、プラズマが被処理物の表面に向かって流れ衝突する場合と比較して、被処理物へのプラズマダメージを大幅に低減することができる。これにより、表面処理時にプラズマが被処理物に及ぼす悪影響を防止することができる。

請求項５に記載の発明によれば、被処理物が搬送ローラにより搬送される構成であるため、被処理物の表面処理時において被処理物に熱による曲げ応力が作用する。これにより、プラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位が反ろうとする。
ここで、処理ガス供給手段により、放電空間内の他に、プラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位（前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物）に処理ガスを供給することにより、この処理ガスの供給に伴う圧力が被処理物の反りに対抗するように被処理物に作用し、被処理物の反りが阻止される。この結果、被処理物を搬送するための搬送空間を可能な限り狭くすることができるため、放電空間に供給するための処理ガスの量を低減することができ、被処理物の表面処理に要するコストを低減することができる。
また、処理ガス供給手段により、放電空間内の他に、プラズマにより表面処理される部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位に処理ガスを供給することにより、外気が処理ガスによって遮断されるため、被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位から放電空間側に向かって外気が入り込むことを防止できる。この結果、処理ガスに外気が混入することを防止でき、ＮＯ_Ｘの発生を抑制することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の大気圧プラズマ処理方法において、前記放電空間のガスを排気手段により排気することを特徴とする。

請求項６に記載の発明によれば、排気手段により放電空間近傍のガスが排気されるため、処理ガスの他に、処理ガスが被処理物の有機物と反応して生成した生成ガスも放電空間近傍から除外することができる。これにより、前記生成ガスがプラズマによる被処理物の表面処理に影響することがなく、被処理物の表面処理の均一化を図ることができる。
なお、本明細書において、「ガス」とは、処理ガスの他に、処理ガスが被処理物である半導体基板の有機物と反応して生成した生成ガス等を含めたものを意味する。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の大気圧プラズマ処理方法において、前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して、前記排気手段により排気された前記ガスを再供給手段により導き供給することを特徴とする。

請求項７に記載の発明によれば、排気手段により排気されたガスが再供給手段によりプラズマにより表面処理される被処理物の部位を基準として被処理物の搬送方向上流側の部位及び搬送方向下流側の部位（前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物）に導き供給されることにより、排気されたガスを再利用することができる。これにより、処理ガスの使用量を大幅に低減することができ、被処理物の表面処理に要するコストを大幅に低減することができる。

本発明では、半導体基板などの被処理物の厚みを考慮することなく表面処理を行うことにより表面処理効率の低下を防止することができ、かつ、被処理物のプラズマダメージを大幅に低減することができる。

次に、本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置及び大気圧プラズマ処理方法について、図面を参照して説明する。

図１に示すように、大気圧プラズマ処理装置１０は、上側に位置する大気圧プラズマ処理装置本体１２と、大気圧プラズマ処理装置本体１２の下側に配置され大気圧プラズマ処理装置本体１２との間に半導体基板（被害処理物）Ｍを搬送するための搬送空間１６を形成する被処理物搬送装置１４と、を有している。

大気圧プラズマ処理装置本体１２は、導電性の処理ガス供給部材（処理ガス供給手段）２０を備えている。この処理ガス供給部材２０には、ヘリウムと酸素との混合ガスや、ヘリウムと四フッ化炭素（ＣＦ_４）との混合ガスなどの処理ガスが流れる処理ガス流路１８が形成されている。また、処理ガス供給部材２０の下端部に設けられた金属製の接続部材Ｔにより、処理ガス供給部材２０と高周波電極（第２電極）２２とが接続されている。また、処理ガス供給部材２０には、マッチング回路２４を介して高周波電源２６が接続されている。これにより、高周波電極２２には、処理ガス供給部材２０を介して高周波電源２６により高周波電力が供給される。

また、処理ガス供給部材２０には、高周波電極２２と対向するように、アース側電極（第１電極）２８が設けられている。このように、高周波電極２２とアース側電極２８が半導体基板Ｍの表面（搬送方向）に対して略直交するように配置された状態となっている。また、アース側電極２８は、接続部材３０により処理ガス供給部材２０と接続されている。さらに、アース側電極２８は、アースに接続されている。また、処理ガス供給部材２０と接続部材３０とアース側電極２８とにより第１空間部３２が形成されている。処理ガス供給部材２０に形成された処理ガス流路１８は、第１空間部３２に開口している。また、接続部材３０には、第１空間部３２に供給された処理ガスを放電空間３４内に導くための連通路３６が複数形成されている。これにより、第１空間部３２と放電空間３４とが連通した状態となっており、第１空間部３２に供給された処理ガスが連通路を通って放電空間３４に流れることが可能となる。

また、アース側電極２８の外側には大気圧プラズマ処理装置本体１２を支持するための支持部材３８が位置しており、この支持部材３８には放電空間３４の近傍の処理ガス及びその他の生成ガスを大気圧プラズマ処理装置本体１２の上方に位置する第２空間部４０に排気するための排気流路（排気手段）４２が形成されている。排気流路４２の一端が搬送空間１６に開口しており、他端が大気圧プラズマ処理装置本体１２の上方の第２空間部４０に開口している。

また、支持部材３８の外側には取付部材４４が位置しており、この取付部材４４には大気圧プラズマ処理装置本体１２の上方の第２空間部４０に排気された処理ガス及びその他の生成ガスを搬送空間１６に戻すための再供給流路（再供給手段）４６が形成されている。この再供給流路４６の一端が搬送空間１６に開口しており、他端が大気圧プラズマ処理装置本体１２の上方の第２空間部４０に開口している。
ここで、再供給流路４６の搬送空間１６に開口する一端は、プラズマＰにより表面処理される半導体基板Ｍの部位を基準として半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に位置するように、設定されている。
また、排気流路４２と再供給流路４６とが連通するように構成されている。
また、搬送空間１６に開口する再供給流路４６の一端を複数の孔状に形成し、全ての孔から処理ガス及びその他の生成ガスを半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に供給するようにしてもよい。

また、大気圧プラズマ処理装置本体１２の上方には、第２空間部４０を形成するための第２空間部形成ダクト４８が配置されている。この第２空間部ダクト４８には、第２空間部４０の内部に排気された処理ガス及びその他の生成ガスを大気圧プラズマ処理装置本体１２側に向けるためのファンなどの加圧手段（図示省略）が取り付けられている。

さらに、取付部材４４の外側には、処理ガス供給ダクト５０が取り付けられている。この処理ガス供給ダクト５０は筒状に形成されており、第２空間部４０に排気された処理ガス及びその他の生成ガスが処理ガス供給ダクト５０の内部を流れて半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に供給できるようになっている。

また、大気圧プラズマ処理装置本体１２の下側に位置する被処理物搬送装置１４は、複数の搬送ローラ５２を備えている。各搬送ローラ５２は、回転可能に設けられた回転軸５４に取り付けられており、モータなどの駆動手段（図示省略）により回転軸５４が回転駆動させられて、回転できるようになっている。
また、被処理物搬送装置１４は、各搬送ローラ５２を支持するための土台部５６を備えている。この土台部５６は高さ調整機構５８を備えており、この高さ調整機構５８の上下方向の作動により土台部５６がその高さ方向に調整可能となっている。これにより、大気圧プラズマ処理装置本体１２と被処理物搬送装置１４との間に形成された搬送空間１６の大きさを調整することができる。また、高さ調整機構５８に高周波電源（図示省略）を接続し、かつ高さ調整機構５８の上部にアースに接続されたアース側電極（図示省略）を設ける構成にすれば、高周波電極２２とアース側電極との間にプラズマＰを放電する放電空間を形成することができ、さらに、高さ調整機構５８を上方に移動させることにより、高周波電極２２とアース側電極との間の空間（隙間）を狭くすることができる。そして、高さ調整機構５８にＲＦバイアスをかけることにより上記放電空間３４内のプラズマＰから必要な量だけイオン及びラジカルを半導体基板Ｍ側に引き出すことができる。

次に、本実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置の作用及び効果について説明する。
図１に示すように、搬送ローラ５２が駆動手段により回転駆動させられ、半導体基板Ｍが搬送方向（図１中矢印Ａ方向）に沿って搬送空間１６内を搬送される。半導体基板Ｍの表面処理を行う部位が高周波電極２２の下方に位置すると、駆動手段の駆動が停止し搬送ローラ５２の回転が停止する。

搬送ローラ５２の回転が停止し、半導体基板Ｍが所定の位置に到達すると、処理ガスが処理ガス流路１８を通って第１空間部３２に流れ込む。第１空間部３２に流れ込んだ処理ガスは、連通路３６を通って放電空間３４に流れる。このように、放電空間３４に処理ガスが供給される。

また、高周波電源２６によって高周波電極２２とアース側電極２８との間に高周波電圧が印加される。これにより、放電空間３４内の処理ガスが電離してプラズマＰが発生し、処理ガスが電離した励起状態となって活性化される。

ここで、図２に示すように、放電空間３４に発生したプラズマＰは、アース側電極２８がアースに接続されているため、高周波電極２２側からアース電極２８側に移動する。すなわち、放電空間３４に発生したプラズマＰは、高周波電極２２とアース側電極２８とが半導体基板Ｍの表面に対して略直交するように配置されているため、半導体基板Ｍの表面に対して略直交する方向に移動し、このときプラズマＰの一部が半導体基板Ｍの表面にかする。これにより、プラズマＰによる表面処理が行われる。
なお、このとき、処理ガスが半導体基板Ｍの有機物と反応することにより、生成ガスが発生する。

このように、本実施形態の大気圧プラズマ処理装置１０では半導体基板Ｍを放電空間３４内部に置き半導体基板Ｍの上方から下方に流れるプラズマＰによりその表面処理を行わないため、半導体基板Ｍの厚みを厚くした場合でも、表面処理精度を低下することなく表面処理を行うことができる。これにより、表面処理をする際に半導体基板Ｍの厚みを考慮する必要が無いため、表面処理効率の低下を防止できる。
また、プラズマＰが半導体基板Ｍの表面に対して直交するように流れるため、プラズマＰが半導体基板Ｍの表面に向かって流れ衝突する場合（図４参照）と比較して、半導体基板Ｍへのプラズマダメージを大幅に低減することができる。これにより、表面処理時にプラズマＰが半導体基板Ｍに及ぼす悪影響を防止することができる。

一方、放電空間３４及び搬送空間１６は比較的狭い空間であるから、放電空間３４に供給された処理ガス及び生成ガスは、搬送空間１６を外側（図１中矢印Ａ方向及びＢ方向）に流れていき、さらに排気流路４２に流れ込む。排気流路４２に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスの一部は、第２空間部４０に流れ込む。第２空間部４０の内部ではファンなどの加圧手段により加圧されているため、第２空間部４０に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスの一部が再供給流路４６に入り、排気流路４２に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスの一部と合流して、再度、搬送空間１６に流れ込む。

また、第２空間部４０に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスの一部は、加圧手段による加圧により、処理ガス供給ダクト５０に入り込む。処理ガス供給ダクト５０に入り込んだ処理ガス及び生成ガスは、その内部を下方に流れ、さらに搬送空間１６に流れ込む。

このように、再供給流路４６及び処理ガス供給ダクト５０から搬送空間１６に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスは、プラズマＰにより表面処理される半導体基板Ｍの部位を基準として半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に供給される。処理ガス及び生成ガスが供給されると、半導体基板Ｍには処理ガス及び生成ガスの供給に伴う圧力が下側に作用する。

ところで、半導体基板Ｍが搬送ローラ５２により搬送される構成を採用すると、半導体基板ＭのプラズマＰによる表面処理時において半導体基板Ｍに熱による曲げ応力が作用する。これにより、プラズマＰにより表面処理される半導体基板Ｍの部位を基準として半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位が下側に凸となるように反ろうとする。

ここで、上述したように、再供給流路４６及び処理ガス供給ダクト５０から搬送空間１６に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスをプラズマＰにより表面処理される半導体基板Ｍの部位を基準として半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に供給することにより、この処理ガス及び生成ガスの供給に伴う圧力が半導体基板Ｍの反りに対抗するように半導体基板Ｍに作用し、半導体基板Ｍの反りが阻止される。この結果、半導体基板Ｍを搬送するための搬送空間１６を可能な限り狭くすることができるため、放電空間３４に供給するための処理ガスの量を低減することができ、半導体基板Ｍの表面処理に要するコストを低減することができる。

また、再供給流路４６及び処理ガス供給ダクト５０から搬送空間１６に流れ込んだ処理ガス及び生成ガスをプラズマＰにより表面処理される半導体基板Ｍの部位を基準として半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に供給することにより、外気が処理ガス及び生成ガスによって遮断されるため、半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位から放電空間３４側に向かって外気が入り込むことを防止できる。この結果、処理ガスに外気が混入することを防止でき、ＮＯ_Ｘなどの発生を抑制することができる。

特に、プラズマＰにより表面処理される半導体基板Ｍの部位を基準として半導体基板Ｍの搬送方向上流側（図１中矢印Ａ方向側）の部位及び搬送方向下流側（図１中矢印Ｂ方向側）の部位に供給するガスとして、処理ガスと、処理ガスと半導体基板Ｍの有機物との反応で生成した生成ガスとを用いることにより、排気された処理ガス及び生成ガスを再利用することができる。これにより、処理ガスの使用量を大幅に低減することができ、半導体基板Ｍの表面処理に要するコストを大幅に低減することができる。

なお、上記のように処理ガスを再利用する構成がコストの観点から最も好ましいものであるが、処理ガスを再利用する構成に限られることはなく、例えば、処理ガス供給ノズル（図示省略）を第２空間部４０の内部に別途設け、この処理ガス供給ノズルから第２空間部４０に処理ガスを供給するようにしてもよい。第２空間部に供給された処理ガスは、上記した通り、搬送空間１６に供給され、半導体基板Ｍの反りの発生を防止する。

さらに、放電空間３４の近傍の生成ガスが排気流路４２を通って第２空間部４０に排気されるため、生成ガスを放電空間３４の近傍から除外することができる。これにより、生成ガスがプラズマによる被処理物の表面処理に影響することがなく、半導体基板Ｍの表面処理の均一化を図ることができる。

次に、本実施形態の大気圧プラズマ処理装置の変形例について説明する。
なお、図３において図１及び図２と重複する構成には図１及び図２の符号と同符号を付し、その説明を省略する。
図３に示すように、本変形例の大気圧プラズマ処理装置では、高周波電極２２の高さ方向の寸法（厚み寸法）を短くしアース側電極２８の下端部が高周波電極２２の下端部よりも下方に位置するように構成するとともに、アース側電極２８の下端部に複数の貫通孔（連通孔）８２が形成されたプレート（区画部材）８０を取り付けるようにしてもよい。
かかる変形例の大気圧プラズマ処理装置によれば、放電空間３４内部のラジカルのみを貫通孔８２を通して半導体基板Ｍに誘導することができ、イオンが半導体基板Ｍに及ぼす悪影響（イオンダメージ）を低減することができる。
なお、この変形例の大気圧プラズマ処理装置においても、高さ調整機構５８に高周波電源を接続し、高さ調整機構５８の上部にアース接続されたアース側電極を設けることにより、このアース側電極に異周波のバイアスを印加することで、プロセスの幅を持たせることができる。

本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置の構成図である。本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置の要部の拡大図である。本発明の一実施形態に係る大気圧プラズマ処理装置の変形例となる大気圧プラズマ処理装置の要部の拡大図である。従来の大気圧プラズマ処理装置の構成図である。

符号の説明

１０大気圧プラズマ処理装置
２０処理ガス供給部材（処理ガス供給手段）
２２高周波電極（第２電極）
２４マッチング回路
２６高周波電源
２８アース側電極（第１電極）
３４放電空間
４２排気流路（排気手段）
４６再供給流路（再供給手段）
５２搬送ローラ
８０プレート（区画部材）
８２貫通孔（連通孔）
Ｍ半導体基板（被処理物）

Claims

大気圧下においてプラズマにより被処理物の表面処理を行う大気圧プラズマ処理装置であって、
アースに接続され前記被処理物の表面に対して直交するように配置された第１電極と、
前記第１電極に対向するように配置され、前記第１電極との間に前記被処理物を前記表面処理するための放電空間を形成する第２電極と、
前記第２電極にマッチング回路を介して接続され前記第２電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
前記放電空間に処理ガスを供給する処理ガス供給手段と、
前記被処理物を搬送するための搬送ローラと、
を有し、
前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して前記処理ガスを供給することを特徴とする大気圧プラズマ処理装置。
前記放電空間のガスを排気する排気手段を有することを特徴とする請求項１に記載の大気圧プラズマ処理装置。
前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して、前記排気手段により排気された前記ガスを導き供給する再供給手段を有することを特徴とする請求項２に記載の大気圧プラズマ処理装置。
前記放電空間と前記被処理物を搬送するための搬送空間とを区画する区画部材を設け、前記区画部材には前記放電空間と前記搬送空間とを連通するための連通孔が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の大気圧プラズマ処理装置。
アースに接続された第１電極と、マッチング回路を介して高周波電源に接続された第２電極と、をそれぞれ被処理物の表面に対して直交するように配置させ、
前記高周波電源により前記第２電極に高周波電力を供給して前記第１電極と前記第２電極との間の放電空間に高周波電圧を印加し、前記放電空間に処理ガス供給手段により供給した処理ガスを電離させてプラズマを発生させ、大気圧下において前記プラズマにより前記放電空間に位置する前記被処理物を表面処理する大気圧プラズマ処理方法であって、
前記被処理物は、搬送ローラにより搬送され、
前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して前記処理ガスが供給されることを特徴とする大気圧プラズマ処理方法。
前記放電空間のガスを排気手段により排気することを特徴とする請求項５に記載の大気圧プラズマ処理方法。
前記プラズマにより前記被処理物が前記表面処理される前記放電空間よりも前記被処理物の搬送方向上流側及び搬送方向下流側に位置する前記被処理物に対して、前記排気手段により排気された前記ガスを再供給手段により導き供給することを特徴とする請求項６に記載の大気圧プラズマ処理方法。