JP4622972B2 - プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマ処理装置およびプラズマ処理方法に関する。
従来、ワークの表面にプラズマ処理を施すプラズマ処理装置が知られている（例えば、特許文献１および２参照）。
図３は、従来のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
すなわち、図３に示すプラズマ処理装置１００は、ウェハ（ワーク）１１０を保持する静電チャック（静電吸着機構）１２５を備えたステージ（第１の電極）１２０と、ウェハ１１０を介してステージ１２０と対向して配置されたプラズマ発生用電極（第２の電極）１３０と、ウェハ１１０とプラズマ発生用電極１３０との間にガスを供給するガス供給機構１４０と、ステージ１２０とプラズマ発生用電極１３０との間に高周波電圧を印加する高周波電源１５０と、ウェハ１１０、ステージ１２０、およびプラズマ発生用電極１３０とを収納するチャンバー１６０とを有する（例えば、特許文献２参照）。
図３は、従来のプラズマ処理装置の構成を模式的に示す縦断面図である。
すなわち、図３に示すプラズマ処理装置１００は、ウェハ（ワーク）１１０を保持する静電チャック（静電吸着機構）１２５を備えたステージ（第１の電極）１２０と、ウェハ１１０を介してステージ１２０と対向して配置されたプラズマ発生用電極（第２の電極）１３０と、ウェハ１１０とプラズマ発生用電極１３０との間にガスを供給するガス供給機構１４０と、ステージ１２０とプラズマ発生用電極１３０との間に高周波電圧を印加する高周波電源１５０と、ウェハ１１０、ステージ１２０、およびプラズマ発生用電極１３０とを収納するチャンバー１６０とを有する（例えば、特許文献２参照）。
このようなプラズマ処理装置１００では、ウェハ１１０とプラズマ発生用電極１３０との間に所定のガスを供給しつつ、ステージ１２０とプラズマ発生用電極１３０との間に高周波電圧を印加すると、ガスがプラズマ化してプラズマが発生する。このプラズマ中に含まれる活性化原子や分子がウェハ１１０に作用して、ウェハ１１０にプラズマ処理が施される。
ところが、プラズマ処理装置１００では、ステージ１２０上に載置されたウェハ１１０とステージ１２０との間に間隙が生じた場合、以下のような不具合が発生する。
すなわち、２つの物体（ウェハ１１０とステージ１２０）間の間隔が非常にわずかであると、物体間に容易に放電が生じる。このため、例えば、ウェハ１１０にわずかでも反りがあった場合、その反りによってウェハ１１０とステージ１２０との間に生じた間隙において容易に放電が生じてしまう。特に、金属材料で構成されたウェハ１１０が薄いと、特に反り易いため、前記のような傾向が顕著である。
ウェハ１１０とステージ１２０との間に放電が生じると、ウェハ１１０の放電が生じた部位に変質・劣化をもたらすことがある。この部位がウェハ１１０の製品または部品として使用する部位である場合、この部位は、製品または部品として不良となってしまう。
すなわち、２つの物体（ウェハ１１０とステージ１２０）間の間隔が非常にわずかであると、物体間に容易に放電が生じる。このため、例えば、ウェハ１１０にわずかでも反りがあった場合、その反りによってウェハ１１０とステージ１２０との間に生じた間隙において容易に放電が生じてしまう。特に、金属材料で構成されたウェハ１１０が薄いと、特に反り易いため、前記のような傾向が顕著である。
ウェハ１１０とステージ１２０との間に放電が生じると、ウェハ１１０の放電が生じた部位に変質・劣化をもたらすことがある。この部位がウェハ１１０の製品または部品として使用する部位である場合、この部位は、製品または部品として不良となってしまう。
本発明の目的は、ワークのうちの製品または部品として使用する部分に、意図しない放電が生じるのを確実に防止しつつ、良好なプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置、および、かかるプラズマ処理装置を用いて行うプラズマ処理方法を提供することにある。
このような目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のプラズマ処理装置は、金属板とその一方の面を覆うカバーとで構成されたワークであって、縁部とその内側の内側部分とを有する板状のワークのうち、前記金属板の他方の面側に対して、プラズマの作用によりプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
第１の電極と、
前記ワークを介して、前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第２の電極と前記ワークとの間隙にガスを供給するガス供給手段と、
前記間隙に供給されたガスをプラズマ化するように、前記第１の電極を接地し、前記第２の電極に高周波電圧を印加する電源を備えた電源回路とを有し、
前記高周波電圧の周波数は、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚであり、かつ、前記高周波電圧の出力密度は、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２であり、
前記ワークを挿入可能な凹部を備え、前記他方の面が前記第２の電極側を向くように該凹部に前記ワークを挿入した状態で前記ワークの前記縁部の少なくとも一部を支持するとともに、前記第１の電極から取り外し可能に設置された枠部材と、前記ワークと前記第１の電極との離間距離が１０〜１００ｍｍとなるように、前記枠部材を前記第１の電極から離間させた状態で支持する脚部とを備え、前記第１の電極と導通している支持具を有することを特徴とする。
これにより、前記ワークのうちの製品または部品として使用する部分に、意図しない放電が生じるのを確実に防止しつつ、良好なプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置が得られる。
また、これにより、前記ワークと前記枠部材との導通が図られることで、これらの間の電位差を抑制することができるので、これらの間で生じる放電を抑制することができる。
本発明のプラズマ処理装置は、金属板とその一方の面を覆うカバーとで構成されたワークであって、縁部とその内側の内側部分とを有する板状のワークのうち、前記金属板の他方の面側に対して、プラズマの作用によりプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
第１の電極と、
前記ワークを介して、前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第２の電極と前記ワークとの間隙にガスを供給するガス供給手段と、
前記間隙に供給されたガスをプラズマ化するように、前記第１の電極を接地し、前記第２の電極に高周波電圧を印加する電源を備えた電源回路とを有し、
前記高周波電圧の周波数は、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚであり、かつ、前記高周波電圧の出力密度は、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２であり、
前記ワークを挿入可能な凹部を備え、前記他方の面が前記第２の電極側を向くように該凹部に前記ワークを挿入した状態で前記ワークの前記縁部の少なくとも一部を支持するとともに、前記第１の電極から取り外し可能に設置された枠部材と、前記ワークと前記第１の電極との離間距離が１０〜１００ｍｍとなるように、前記枠部材を前記第１の電極から離間させた状態で支持する脚部とを備え、前記第１の電極と導通している支持具を有することを特徴とする。
これにより、前記ワークのうちの製品または部品として使用する部分に、意図しない放電が生じるのを確実に防止しつつ、良好なプラズマ処理を施すことができるプラズマ処理装置が得られる。
また、これにより、前記ワークと前記枠部材との導通が図られることで、これらの間の電位差を抑制することができるので、これらの間で生じる放電を抑制することができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記枠部材は、前記ワークの前記縁部のうち、前記第１の電極側の部分のほぼ全体を支持することが好ましい。
これにより、厚さが薄く、機械的強度に比較的乏しい前記ワークをも、前記支持具によって確実に支持し、プラズマ処理を施すことができる。
これにより、厚さが薄く、機械的強度に比較的乏しい前記ワークをも、前記支持具によって確実に支持し、プラズマ処理を施すことができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記枠部材は、金属系材料で構成されていることが好ましい。
金属系材料は、比較的導電性に優れているため、前記枠部材の導電性を高めることができる。これにより、前記ワークと前記枠部材との導通を図り、これらの間の電位差を抑制することができるので、これらの間で生じる放電を抑制することができる。また、前記枠部材の機械的強度が強くなるので、前記枠部材の枠を小さく構成することができ、軽量化に寄与することができる。さらに、金属系材料は、一般にプラズマに対する耐久性を持つものが多く、長期間の使用に耐えることができる。
金属系材料は、比較的導電性に優れているため、前記枠部材の導電性を高めることができる。これにより、前記ワークと前記枠部材との導通を図り、これらの間の電位差を抑制することができるので、これらの間で生じる放電を抑制することができる。また、前記枠部材の機械的強度が強くなるので、前記枠部材の枠を小さく構成することができ、軽量化に寄与することができる。さらに、金属系材料は、一般にプラズマに対する耐久性を持つものが多く、長期間の使用に耐えることができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記脚部は、前記枠部材と前記第１の電極との離間距離を調整する機能を有することが好ましい。
これにより、前記ワークと前記第１の電極との離間距離を任意の距離に調整し、プラズマ処理の条件・目的に応じて前記ワークを最適な位置に配置することができる。
これにより、前記ワークと前記第１の電極との離間距離を任意の距離に調整し、プラズマ処理の条件・目的に応じて前記ワークを最適な位置に配置することができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記ワークの厚さは、０．０１〜２ｍｍであることが好ましい。
前記数値範囲のような厚さの薄い前記ワークは、特に反り易い傾向にあるが、このような前記ワークをプラズマ処理する際に、プラズマ処理装置による効果がより効果的に発揮される。
前記数値範囲のような厚さの薄い前記ワークは、特に反り易い傾向にあるが、このような前記ワークをプラズマ処理する際に、プラズマ処理装置による効果がより効果的に発揮される。
本発明のプラズマ処理装置では、前記第１の電極が、前記処理領域を包含するように配置されていることが好ましい。
これにより、前記ワーク全体の電界強度を均一にすることができるので、前記ワーク全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記ワーク、前記第１の電極および前記第２の電極を収納するチャンバーと、該チャンバー内のガスを排気する排気手段とを有することが好ましい。
これにより、大気雰囲気との接触による前記ワークの汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物を前記チャンバー内から効果的に除去することができる。
これにより、前記ワーク全体の電界強度を均一にすることができるので、前記ワーク全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。
本発明のプラズマ処理装置では、前記ワーク、前記第１の電極および前記第２の電極を収納するチャンバーと、該チャンバー内のガスを排気する排気手段とを有することが好ましい。
これにより、大気雰囲気との接触による前記ワークの汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物を前記チャンバー内から効果的に除去することができる。
本発明のプラズマ処理方法は、本発明のプラズマ処理装置を用いて、前記処理領域にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記支持具を用いて、前記各電極間に前記ワークを支持するとともに、
前記ガス供給手段により、前記第２の電極と前記ワークとの間隙にガスを供給しつつ、前記電源回路により前記各電極間に高周波電圧を印加して前記ガスをプラズマ化し、これにより発生したプラズマによって、前記処理領域にプラズマ処理を施すことを特徴とする。
これにより、前記ワークのうちの前記処理領域に、意図しない放電が生じるのを確実に防止しつつ、良好なプラズマ処理を施すことができる。
前記支持具を用いて、前記各電極間に前記ワークを支持するとともに、
前記ガス供給手段により、前記第２の電極と前記ワークとの間隙にガスを供給しつつ、前記電源回路により前記各電極間に高周波電圧を印加して前記ガスをプラズマ化し、これにより発生したプラズマによって、前記処理領域にプラズマ処理を施すことを特徴とする。
これにより、前記ワークのうちの前記処理領域に、意図しない放電が生じるのを確実に防止しつつ、良好なプラズマ処理を施すことができる。
以下、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について、図示の好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
まず、本発明のプラズマ処理装置の実施形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態を模式的に示す縦断面図、図２は、図１に示すプラズマ処理装置の一部を拡大して示す部分拡大図（斜視図および縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１および図２（ｂ）、（ｃ）中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
まず、本発明のプラズマ処理装置の実施形態について説明する。
図１は、本発明のプラズマ処理装置の実施形態を模式的に示す縦断面図、図２は、図１に示すプラズマ処理装置の一部を拡大して示す部分拡大図（斜視図および縦断面図）である。なお、以下の説明では、図１および図２（ｂ）、（ｃ）中の上側を「上」、下側を「下」と言う。
図１に示すプラズマ処理装置１は、ワーク１０に対して、成膜処理、エッチング加工、アッシング処理、親水化処理、撥水化処理等の各種プラズマ処理を施す装置である。
このプラズマ処理装置１は、ワーク１０を収納するチャンバー２と、第１の電極３と、ワーク１０を介して第１の電極３と対向して配置された第２の電極４と、各電極３、４間に高周波電圧を印加する電源回路５と、チャンバー２内にガスを供給するガス供給部（ガス供給手段）６と、チャンバー２内のガスを排気する排気ポンプ（排気手段）７とを備えている。これらの各部のうち、第１の電極３および第２の電極４がチャンバー２内に設けられている。以下、各部について詳細に説明する。
このプラズマ処理装置１は、ワーク１０を収納するチャンバー２と、第１の電極３と、ワーク１０を介して第１の電極３と対向して配置された第２の電極４と、各電極３、４間に高周波電圧を印加する電源回路５と、チャンバー２内にガスを供給するガス供給部（ガス供給手段）６と、チャンバー２内のガスを排気する排気ポンプ（排気手段）７とを備えている。これらの各部のうち、第１の電極３および第２の電極４がチャンバー２内に設けられている。以下、各部について詳細に説明する。
ここで、プラズマ処理装置１の説明に先立って、ワーク１０について説明する。
ワーク１０は、プラズマ処理装置１により、第２の電極４に臨む面（以下、「処理面」とも言う。）１１の所定の処理領域に前述のようなプラズマ処理を施されるものである。
このようなワーク１０を構成する材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４のようなシリコン系材料、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、またはこれらの金属を含む合金のような各種金属系材料、ポリオレフィン、ポリイミドのような有機系材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料、Ｃ、ＧａＡｓ等、またはこれらの材料の複合材料等が挙げられる。
ワーク１０の形状は、特に限定されず、平面視で長方形、正方形、円形、長円形等の形状をなす板状体とされるが、本実施形態では、平面視でほぼ正方形をなす板状をなしている。
ワーク１０は、プラズマ処理装置１により、第２の電極４に臨む面（以下、「処理面」とも言う。）１１の所定の処理領域に前述のようなプラズマ処理を施されるものである。
このようなワーク１０を構成する材料としては、例えば、Ｓｉ、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｓｉ３Ｎ４のようなシリコン系材料、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｇａ、Ｆｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、またはこれらの金属を含む合金のような各種金属系材料、ポリオレフィン、ポリイミドのような有機系材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのようなガラス材料、Ｃ、ＧａＡｓ等、またはこれらの材料の複合材料等が挙げられる。
ワーク１０の形状は、特に限定されず、平面視で長方形、正方形、円形、長円形等の形状をなす板状体とされるが、本実施形態では、平面視でほぼ正方形をなす板状をなしている。
チャンバー２は、内部の気密を保持し得る容器であり、内部を減圧（真空）状態にして使用されるため、内部と外部との圧力差に耐え得る耐圧性能を有するものとされる。
このようなチャンバー２を構成する材料には、例えば、アルミ、ステンレス鋼のような各種金属材料、アルミナのような各種セラミックス材料等を用いることができる。
チャンバー２の右方の側壁にはガス供給口２２が、左方の側壁には排気口２３がそれぞれ設けられている。そして、ガス供給口２２にはガス供給部６が接続され、排気口２３には排気ポンプ７が接続されている。
なお、本実施形態では、チャンバー２は、導電性の高い金属材料で構成されており、接地線２１を介して電気的に接地されている。
このようなチャンバー２を構成する材料には、例えば、アルミ、ステンレス鋼のような各種金属材料、アルミナのような各種セラミックス材料等を用いることができる。
チャンバー２の右方の側壁にはガス供給口２２が、左方の側壁には排気口２３がそれぞれ設けられている。そして、ガス供給口２２にはガス供給部６が接続され、排気口２３には排気ポンプ７が接続されている。
なお、本実施形態では、チャンバー２は、導電性の高い金属材料で構成されており、接地線２１を介して電気的に接地されている。
チャンバー２内の底面には、第１の電極３が設けられている。
第１の電極３は、板状をなしており、また、チャンバー２と導通している。
また、第１の電極３は、ワーク１０の処理領域（本実施形態では、ワーク１０の処理面１１）全体を包含するように配置されている。これにより、ワーク１０全体の電界強度を均一にすることができるので、ワーク１０全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。
第１の電極３は、板状をなしており、また、チャンバー２と導通している。
また、第１の電極３は、ワーク１０の処理領域（本実施形態では、ワーク１０の処理面１１）全体を包含するように配置されている。これにより、ワーク１０全体の電界強度を均一にすることができるので、ワーク１０全体にわたってムラなくプラズマ処理を施すことができる。
チャンバー２内の上面（天井面）から電気的に離間した（絶縁された）状態で、第２の電極４が設けられている。
第２の電極４は、板状をなしており、ワーク１０を介して、第１の電極３と対向して設けられている。
この第２の電極４には、配線５１を介して高周波電源５２が接続されている。また、配線５１の途中には、マッチングボックス（整合器）５３が設けられている。これらの配線５１、高周波電源５２およびマッチングボックス５３により、電源回路５が構成されている。
第２の電極４は、板状をなしており、ワーク１０を介して、第１の電極３と対向して設けられている。
この第２の電極４には、配線５１を介して高周波電源５２が接続されている。また、配線５１の途中には、マッチングボックス（整合器）５３が設けられている。これらの配線５１、高周波電源５２およびマッチングボックス５３により、電源回路５が構成されている。
このような電源回路５によれば、第１の電極３は接地されているので、第１の電極３と第２の電極４との間に高周波電圧が印加される。これにより、第１の電極３と第２の電極４との間隙には、高い周波数で向きが反転する電界が誘起される。
高周波の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。
また、高周波の出力密度は、特に限定されないが、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、０．１〜２．５Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
高周波の周波数は、特に限定されないが、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚ程度であるのが好ましく、１０〜６０ＭＨｚ程度であるのがより好ましい。
また、高周波の出力密度は、特に限定されないが、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２程度であるのが好ましく、０．１〜２．５Ｗ／ｃｍ２程度であるのがより好ましい。
ガス供給部６は、チャンバー２内に所定のガスを供給するものである。
図１に示すガス供給部６は、ガスを発生または収納するガス供給源６１と、このガス供給源６１とガス供給口２２とを接続する配管６２と、配管６２の途中に設けられ、配管６２を流れるガスの流量を調整する流量制御器６３とを有している。
このガス供給部６によって供給されるガスは、高周波電圧（電界）の作用により、含まれるガス分子が電離してプラズマを生じるガスである。このようなガスとしては、例えば、キャリアガスと処理ガスとの混合ガス等が挙げられる。
図１に示すガス供給部６は、ガスを発生または収納するガス供給源６１と、このガス供給源６１とガス供給口２２とを接続する配管６２と、配管６２の途中に設けられ、配管６２を流れるガスの流量を調整する流量制御器６３とを有している。
このガス供給部６によって供給されるガスは、高周波電圧（電界）の作用により、含まれるガス分子が電離してプラズマを生じるガスである。このようなガスとしては、例えば、キャリアガスと処理ガスとの混合ガス等が挙げられる。
このうち、キャリアガスとしては、例えば、Ｈｅガス、Ａｒガスのような希ガスやＨ２ガスが挙げられる。
一方、処理ガスとしては、ワーク１０に施すプラズマ処理の種類に応じて異なる。
具体的には、ワーク１０に成膜処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８のようなフッ素系ガス、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４のようなシラン系ガス、ＡｌＣｌ４、ＷＦ６のような金属のハロゲン化ガス等が挙げられる。
一方、処理ガスとしては、ワーク１０に施すプラズマ処理の種類に応じて異なる。
具体的には、ワーク１０に成膜処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、ＣＨＦ３、Ｃ２Ｆ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ４Ｆ８のようなフッ素系ガス、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣｌ４のようなシラン系ガス、ＡｌＣｌ４、ＷＦ６のような金属のハロゲン化ガス等が挙げられる。
また、ワーク１０にエッチング加工を施す場合、ワーク１０を構成する材料に応じて処理ガスの種類が異なる。
具体的には、ワーク１０の構成材料が前述のようなシリコン系材料、ガラス材料および金属系材料である場合、処理ガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒのようなハロゲン系ガスを含むガス等が挙げられる。
具体的には、ワーク１０の構成材料が前述のようなシリコン系材料、ガラス材料および金属系材料である場合、処理ガスとしては、例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、ＳＦ６、Ｃｌ２、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４、ＳｉＣｌ４、ＨＢｒのようなハロゲン系ガスを含むガス等が挙げられる。
一方、ワーク１０の構成材料が前述のような有機系材料である場合、または、ワーク１０にアッシング処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、Ｏ２のような酸素系ガスを含むガス等が挙げられる。
また、ワーク１０の処理面１１に親水化処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等を含むガスを用いることができる。
また、ワーク１０の処理面１１に撥水化処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、前述のフッ素系ガスを含むガスを用いることができる。
また、ワーク１０の処理面１１に親水化処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、Ｏ３、Ｈ２Ｏ等を含むガスを用いることができる。
また、ワーク１０の処理面１１に撥水化処理を施す場合、処理ガスとしては、例えば、前述のフッ素系ガスを含むガスを用いることができる。
排気ポンプ７は、チャンバー２内のガスを排気するものであり、例えば、油回転ポンプ、ターボ分子ポンプ等で構成される。このようにチャンバー２内のガスを排気して減圧することにより、ガスを容易にプラズマ化することができる。また、大気雰囲気との接触によるワーク１０の汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理によって発生する反応生成物をチャンバー２内から効果的に除去することができる。
なお、チャンバー２内の圧力は、ガス供給部６の動作状況に応じて、適宜設定される。
具体的には、ガス供給部６が動作していないとき、すなわち、チャンバー２内にガスが供給されていないときには、チャンバー２内の圧力を１Ｐａ以下に設定するのが好ましく、０．００１〜０．３Ｐａ程度に設定するのが好ましい。これにより、チャンバー２内を、実質的に残留ガスが存在しない状態とすることができ、残留ガスによるワーク１０への影響を抑制することができる。なお、チャンバー２内の圧力が前記下限値を下回ってもよいが、より排気速度が大きく高価な排気ポンプ７を用いる必要がある。
具体的には、ガス供給部６が動作していないとき、すなわち、チャンバー２内にガスが供給されていないときには、チャンバー２内の圧力を１Ｐａ以下に設定するのが好ましく、０．００１〜０．３Ｐａ程度に設定するのが好ましい。これにより、チャンバー２内を、実質的に残留ガスが存在しない状態とすることができ、残留ガスによるワーク１０への影響を抑制することができる。なお、チャンバー２内の圧力が前記下限値を下回ってもよいが、より排気速度が大きく高価な排気ポンプ７を用いる必要がある。
ガス供給部６によってチャンバー２内に供給されたガスは、チャンバー２内に拡散する。
この状態で、第１の電極３と第２の電極４との間に高周波電圧を印加すると、ガス中の分子が電離してプラズマを生じる。そして、このプラズマの作用により、ワーク１０に対して前述したような各種のプラズマ処理を施すことができる。
この状態で、第１の電極３と第２の電極４との間に高周波電圧を印加すると、ガス中の分子が電離してプラズマを生じる。そして、このプラズマの作用により、ワーク１０に対して前述したような各種のプラズマ処理を施すことができる。
ところで、プラズマ処理装置１によってプラズマ処理を施されるワーク１０は、一般に、その一部が製品または部品として使用され、残部（一般的には外周部）が、製品または部品の品質を問わない部位に用いられたり、廃棄物や再利用原料として処理される。
本実施形態にかかるワーク１０は、その処理面１１の縁部を前記残部に相当する領域（以下、「無効領域」とも言う。）とし、該縁部の内側を製品または部品として使用する領域（以下、「有効領域」とも言う。）としている。すなわち、ワーク１０の処理面１１は、図２（ｂ）に示すように、内側の有効領域１１１と、その外側の無効領域１１２とに分けられているものとする。
なお、有効領域は、図２に示す領域に限定されない。
本実施形態にかかるワーク１０は、その処理面１１の縁部を前記残部に相当する領域（以下、「無効領域」とも言う。）とし、該縁部の内側を製品または部品として使用する領域（以下、「有効領域」とも言う。）としている。すなわち、ワーク１０の処理面１１は、図２（ｂ）に示すように、内側の有効領域１１１と、その外側の無効領域１１２とに分けられているものとする。
なお、有効領域は、図２に示す領域に限定されない。
ここで、図３に示すような従来のプラズマ処理装置１００では、ウェハ（ワーク）１１０を保持する静電チャック（静電吸着機構）１２５を備えたステージ（第１の電極）１２０を有している。なお、以下の説明では、図３の上側を「上」、下側を「下」と言う。
このステージ１２０は、その上面でウェハ１１０の下面全体を支持している。ここで、プラズマ処理の際にウェハ１１０とステージ１２０との間にわずかな間隙が生じた場合、この間隙には、容易に放電が生じてしまう。これは、２つの物体間の間隙が小さいほどわずかな電位差でも大きな電界強度となってしまうので、物体間の間隙が小さいほど放電が容易に起こるようになるためである。
このステージ１２０は、その上面でウェハ１１０の下面全体を支持している。ここで、プラズマ処理の際にウェハ１１０とステージ１２０との間にわずかな間隙が生じた場合、この間隙には、容易に放電が生じてしまう。これは、２つの物体間の間隙が小さいほどわずかな電位差でも大きな電界強度となってしまうので、物体間の間隙が小さいほど放電が容易に起こるようになるためである。
ウェハ１１０とステージ１２０との間に放電が生じると、ウェハ１１０の放電が生じた部位に変質・劣化をもたらし、また、ステージ１２０や高周波電源１５０を含む電源回路にも不具合をもたらすことがある。特に、ウェハ１１０自体に反りがある場合、ウェハ１１０とステージ１２０との間に微小な間隙を生じ易いため、反りの部分において放電が顕著に起こるという問題が生じていた。
また、ウェハ１１０を保持する静電チャック１２５は、高価なものであり、かつ、ウェハ１１０の吸着保持と解除に比較的長時間を要する。このため、プラズマ処理装置１００の高コスト化を招くとともに、プラズマ処理の処理効率低下を招いていた。
また、ウェハ１１０を保持する静電チャック１２５は、高価なものであり、かつ、ウェハ１１０の吸着保持と解除に比較的長時間を要する。このため、プラズマ処理装置１００の高コスト化を招くとともに、プラズマ処理の処理効率低下を招いていた。
そこで、図１に示すプラズマ処理装置（本発明のプラズマ処理装置）１では、第１の電極３と第２の電極４との間に、ワーク１０を第１の電極３から離間させた状態で支持する枠部材（トレイ）２５を設けることとした。
この枠部材２５は、図２に示すように、その上面２５１の内側の一部が下方に凹没してなる段差部２５２を備えており、この段差部２５２によって枠部材２５の枠の内側に、ワーク１０の縁部を挿入可能な凹部（載置部）２５３が形成されている。
この枠部材２５は、図２に示すように、その上面２５１の内側の一部が下方に凹没してなる段差部２５２を備えており、この段差部２５２によって枠部材２５の枠の内側に、ワーク１０の縁部を挿入可能な凹部（載置部）２５３が形成されている。
また、この枠部材２５は、枠体で囲まれた内側の中空領域である中空部２５４を備える。さらに、枠部材２５を脚部２６上に載置することより、ワーク１０が第１の電極３の上方にほぼ水平に支持されている。
このようなプラズマ処理装置１では、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ワーク１０の処理面１１の反対側にある裏面１２のうち、有効領域１１１に対応する領域１２１が中空部２５４を介して第１の電極３に臨むよう構成され、かつ、裏面１２のうち、無効領域１１２に対応する領域１２２のほぼ全体を、段差部２５２によって支持するように、枠部材２５が構成されている。そして、このようにワーク１０を支持した状態の枠部材２５が、脚部２６により、第１の電極３の上方（第１の電極３と第２の電極４との間隙内）に保持されている。これにより、ワーク１０が第１の電極３から離間するように保持されている。すなわち、枠部材２５と脚部２６とにより、ワーク１０を前述のように支持する支持具を構成している。
このようなプラズマ処理装置１では、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、ワーク１０の処理面１１の反対側にある裏面１２のうち、有効領域１１１に対応する領域１２１が中空部２５４を介して第１の電極３に臨むよう構成され、かつ、裏面１２のうち、無効領域１１２に対応する領域１２２のほぼ全体を、段差部２５２によって支持するように、枠部材２５が構成されている。そして、このようにワーク１０を支持した状態の枠部材２５が、脚部２６により、第１の電極３の上方（第１の電極３と第２の電極４との間隙内）に保持されている。これにより、ワーク１０が第１の電極３から離間するように保持されている。すなわち、枠部材２５と脚部２６とにより、ワーク１０を前述のように支持する支持具を構成している。
なお、ワーク１０の裏面１２は処理面ではないので、裏面１２には保護シートやフィルム、マスク材等でカバー（図示せず）すればよいが、そのままで差し支えなければカバーしなくてもよい。
ただし、裏面１２の領域１２１は、製品または部品として使用される有効領域１１１と一体化したものであり、製品または部品によっては、この領域への放電も避けることが求められる。
ただし、裏面１２の領域１２１は、製品または部品として使用される有効領域１１１と一体化したものであり、製品または部品によっては、この領域への放電も避けることが求められる。
このようなプラズマ処理装置１によれば、領域１２２と段差部２５２との間、または、ワーク１０の側面１３と段差部２５２との間で放電が生じる場合があったとしても、ワーク１０の有効領域１１１に対応する部分または裏面の領域１２１に対応する部分では、ワーク１０と第１の電極３との間に十分な離間距離が確保されたことにより、放電の発生が防止される。このため、ワーク１０に変質・劣化が生じることなく、ワーク１０の有効領域１１１に対応する部分に対して良好なプラズマ処理を確実に施すことができる。
また、プラズマ処理装置１によれば、たとえワーク１０に反りがあったとしても、有効領域１１１に対応する部分または裏面の領域１２１に対応する部分に放電が生じるのを確実に防止することができる。したがって、反りが発生し易いワーク１０に対しても、有効領域１１１に対応する部分における放電を防止しつつ良好なプラズマ処理を施すことができる。
かかる観点から、ワーク１０の厚さは、０．０１〜２ｍｍ程度であるのが好ましく、０．０５〜１ｍｍ程度であるのがより好ましい。前記数値範囲のような厚さの薄いワーク１０は、特に反り易い傾向にあるが、このようなワーク１０をプラズマ処理する際に、プラズマ処理装置１による効果がより効果的に発揮される。
また、前述したように、枠部材２５の段差部２５２が、ワーク１０の領域１２２のほぼ全体を支持しているので、厚さが薄く、機械的強度に比較的乏しいワーク１０をも、枠部材２５によって確実に支持し、プラズマ処理を施すことができる。
また、前述したように、枠部材２５の段差部２５２が、ワーク１０の領域１２２のほぼ全体を支持しているので、厚さが薄く、機械的強度に比較的乏しいワーク１０をも、枠部材２５によって確実に支持し、プラズマ処理を施すことができる。
ところで、プラズマ処理装置１では、枠部材２５と脚部２６とにより、ワーク１０を第１の電極３から離間させた状態で支持する支持具が構成されている。すなわち、かかる支持具を用いることにより、ワーク１０に直接触れることなく、枠部材２５を介してワーク１０を移動可能にする。このため、枠部材２５以外の物体や作業者がワーク１０に直接接触することによってワーク１０が汚染または破壊されるのを防止しつつ、ワーク１０を容易に移動することができる。これにより、ワークを搬送する搬送機構（図示せず）によるワーク１０の自動搬送が容易となる。
また、枠部材２５は、凹部２５３を有しており、この凹部２５３にワーク１０を挿入することによって、ワーク１０を確実に保持することができる。このため、前記搬送機構によりワーク１０を自動搬送する場合、枠部材２５に振動が加わっても、ワーク１０が枠部材２５から脱落し難くなる。これにより、より高速でのワーク１０の搬送が可能となる。
なお、凹部２５３は、ワーク１０の厚さ方向の一部を収納可能であればよく、この場合でも、上記とほぼ同様の効果が得られる。
なお、凹部２５３は、ワーク１０の厚さ方向の一部を収納可能であればよく、この場合でも、上記とほぼ同様の効果が得られる。
また、凹部２５３にワーク１０を収納して保持すると、枠部材２５に対するワーク１０の保持位置が常に一定となる。このため、前記搬送機構によりワーク１０を自動搬送する場合、枠部材２５の位置決めを行えば、必然的に、ワーク１０の位置決めを行うことができる。これにより、搬送機構の制御が容易になるとともに、ワーク１０の位置決めの精度を高めることができる。
さらに、枠部材２５は、脚部２６の一部に係止する係止手段を備えているのが好ましい。これにより、枠部材２５と脚部２６との位置決めをより容易かつ高い位置精度で行うことができ、ワーク１０の位置決めの精度も高めることができる。
かかる係止手段としては、例えば、枠部材２５の下面に設けられ、脚部２６の凹部に係合する凸部等が挙げられる。
かかる係止手段としては、例えば、枠部材２５の下面に設けられ、脚部２６の凹部に係合する凸部等が挙げられる。
なお、枠部材２５は、例えば、四辺のうちの１辺が欠損した平面視で四角形をなす枠体や、円周の一部が欠損した平面視で円環をなす枠体のような開いた枠体で構成されていてもよいが、図２に示すように、枠体（閉じた枠体）で構成されているのが好ましい。これにより、ワーク１０をより確実に保持することができる。
また、枠部材２５は、ワーク１０の外形に応じて格子状やクシ歯状、パンチ穴形状、ハニカム状の枠構造としてもよい。これにより、複数枚のワーク１０を同時に処理することができる。
また、枠部材２５は、プラズマ処理を施されるワーク１０の裏面１２の領域１２２以外の領域で支持しても、製品または部品として使用する有効領域１１１に対応する部分または裏面の領域１２１に対応する部分に放電が生じなければ、支持してもよい。これにより、大型の反りやすいワークに対しても、確実に支持することができる。
また、枠部材２５は、ワーク１０の外形に応じて格子状やクシ歯状、パンチ穴形状、ハニカム状の枠構造としてもよい。これにより、複数枚のワーク１０を同時に処理することができる。
また、枠部材２５は、プラズマ処理を施されるワーク１０の裏面１２の領域１２２以外の領域で支持しても、製品または部品として使用する有効領域１１１に対応する部分または裏面の領域１２１に対応する部分に放電が生じなければ、支持してもよい。これにより、大型の反りやすいワークに対しても、確実に支持することができる。
また、枠部材２５が、脚部２６によって第１の電極３から離間させた状態に支持されていることにより、ワーク１０と第１の電極３との離間距離をより大きくとることができ、かつ、枠部材２５の薄型化を図ることができる。すなわち、脚部２６を用いることにより、枠部材２５を薄くしても、ワーク１０と第１の電極３との離間距離を大きくすることができる。この枠部材２５の軽量化により、例えば、搬送機構による枠部材２５の搬送が容易となる。
なお、脚部２６は、その高さ（厚さ）を変えることができ、この高さを変えることにより、枠部材２５と第１の電極３との離間距離を調整する機能を有しているのが好ましい。これにより、ワーク１０と第１の電極３との離間距離を任意の距離に調整し、プラズマ処理の条件・目的に応じてワーク１０を最適な位置に配置することができる。
このような枠部材２５は、第１の電極３と絶縁されていてもよいが、本実施形態では、第１の電極３と導通している。これにより、枠部材２５が接地電位となるため、枠部材２５が帯電し難くなる。このため、枠部材２５によって、ワーク１０と第２の電極４との間に存在するプラズマの挙動が影響を受けるのを防止することができる。その結果、ワーク１０に対してより均一かつ良好なプラズマ処理を施すことができる。
このような枠部材２５は、第１の電極３と絶縁されていてもよいが、本実施形態では、第１の電極３と導通している。これにより、枠部材２５が接地電位となるため、枠部材２５が帯電し難くなる。このため、枠部材２５によって、ワーク１０と第２の電極４との間に存在するプラズマの挙動が影響を受けるのを防止することができる。その結果、ワーク１０に対してより均一かつ良好なプラズマ処理を施すことができる。
また、枠部材２５を構成する材料としては、例えば、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、モリブデンのような各種金属系材料、アルミナ、ジルコニアのような各種セラミックス材料、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスのような各種ガラス材料、またはこれらの複合材料等が挙げられる。
このうち、枠部材２５を構成する材料は、導電性材料であるのが好ましい。さらに金属系材料であるのがより好ましい。枠部材２５を構成する材料が導電性材料であれば、枠部材２５の導電性を高めることができる。これにより、ワーク１０と枠部材２５との導通を図り、これらの間の電位差を抑制することができるので、これらの間で生じる放電を抑制することができる。
また、この導電性材料が金属系材料であれば、機械的強度も強いので、枠部材２５の枠を小さく構成することができ、枠部材２５の軽量化にも寄与できる。
さらに、金属系材料は、一般にプラズマに対する耐久性を持つものが多く、長期間の使用に耐えるものである。
このうち、枠部材２５を構成する材料は、導電性材料であるのが好ましい。さらに金属系材料であるのがより好ましい。枠部材２５を構成する材料が導電性材料であれば、枠部材２５の導電性を高めることができる。これにより、ワーク１０と枠部材２５との導通を図り、これらの間の電位差を抑制することができるので、これらの間で生じる放電を抑制することができる。
また、この導電性材料が金属系材料であれば、機械的強度も強いので、枠部材２５の枠を小さく構成することができ、枠部材２５の軽量化にも寄与できる。
さらに、金属系材料は、一般にプラズマに対する耐久性を持つものが多く、長期間の使用に耐えるものである。
また、ワーク１０は、第１の電極３から離間した状態で保持されているが、ワーク１０と第１の電極３との離間距離は、チャンバー２内の圧力や各電極３、４間に印加された高周波電圧に応じて設定するのが好ましい。具体的には、前記離間距離は、１０〜１００ｍｍ程度であるのが好ましく、３０〜６０ｍｍ程度であるのがより好ましい。ワーク１０と第１の電極３との離間距離を前記範囲内とすることにより、ワーク１０と第１の電極３との間における放電を確実に防止することができる。なお、ワーク１０と第１の電極３との離間距離を前記上限値より大きくしてもよいが、ワーク１０と第１の電極３との間の放電を防止する効果のそれ以上の増大は期待できず、また、装置の不必要な大型化を招くことにもなる。
なお、本実施形態では、チャンバー２内のガスを排気ポンプ７により排気することにより、減圧雰囲気下でプラズマ処理を行っている。これにより、大気雰囲気との接触によるワーク１０の汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物をチャンバー２内から効果的に除去することができる。
なお、本実施形態では、チャンバー２内のガスを排気ポンプ７により排気することにより、減圧雰囲気下でプラズマ処理を行っている。これにより、大気雰囲気との接触によるワーク１０の汚染・酸化等を防止するとともに、プラズマ処理による反応生成物をチャンバー２内から効果的に除去することができる。
次に、プラズマ処理装置１の作用（動作）、すなわち本発明のプラズマ処理方法を説明する。
ワーク１０にプラズマ処理を施す際は、まず、図２に示すように、枠部材２５の凹部２５３にワーク１０を収納した状態で、枠部材２５をチャンバー２内の脚部２６上に載置する。これにより、図１に示すように、脚部２６により枠部材２５を支持する。
ワーク１０にプラズマ処理を施す際は、まず、図２に示すように、枠部材２５の凹部２５３にワーク１０を収納した状態で、枠部材２５をチャンバー２内の脚部２６上に載置する。これにより、図１に示すように、脚部２６により枠部材２５を支持する。
次に、チャンバー２を封止状態とした後、排気ポンプ７の作動により、チャンバー２内を減圧状態とする。
次に、ガス供給部６を作動させ、チャンバー２内に所定のガスを供給する。供給されたガスは、チャンバー２内に充填される。
一方、電源回路５を作動させ、一対の電極３、４間に高周波電圧を印加する。これにより、一対の電極３、４間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。
発生したプラズマ中の荷電粒子やラジカルは、ワーク１０の処理面１１に接触・作用し、処理面１１にプラズマ処理が施される。
次に、ガス供給部６を作動させ、チャンバー２内に所定のガスを供給する。供給されたガスは、チャンバー２内に充填される。
一方、電源回路５を作動させ、一対の電極３、４間に高周波電圧を印加する。これにより、一対の電極３、４間に存在するガスの分子が電離し、プラズマが発生する。
発生したプラズマ中の荷電粒子やラジカルは、ワーク１０の処理面１１に接触・作用し、処理面１１にプラズマ処理が施される。
各種プラズマ処理のうち、例えば、成膜処理および撥水化処理は、処理ガス中の成分が処理面１１に付着・堆積して成膜されることによって行われる。また、エッチング加工およびアッシング処理は、プラズマ中の荷電粒子やラジカルが、ワーク１０を構成する材料と反応し、この反応生成物がワーク１０から脱離することによって行われる。さらに、親水化処理は、プラズマ中の荷電粒子やラジカルが処理面１１を改質することによって行われる。
この際、ワーク１０の有効領域１１１に対応する部分において、意図しない放電の発生を確実に防止することができるので、この部分に対して良好なプラズマ処理を確実に施すことができる。
また、枠部材２５を介してワーク１０を搬送することができるので、枠部材２５以外の物体がワーク１０に接触することによるワーク１０の汚染または破壊を防止することができる。
以上、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成と置換することができ、または、任意の構成のものを付加することもできる。
また、枠部材２５を介してワーク１０を搬送することができるので、枠部材２５以外の物体がワーク１０に接触することによるワーク１０の汚染または破壊を防止することができる。
以上、本発明のプラズマ処理装置およびプラズマ処理方法について、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、プラズマ処理装置を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成と置換することができ、または、任意の構成のものを付加することもできる。
１……プラズマ処理装置 ２……チャンバー ２１……接地線 ２２……ガス供給口 ２３……排気口 ２５……枠部材 ２５１……上面 ２５２……段差部 ２５３……凹部 ２５４……中空部 ２６……脚部 ３……第１の電極 ４……第２の電極 ５……電源回路 ５１……配線 ５２……高周波電源 ５３……マッチングボックス ６……ガス供給部 ６１……ガス供給源 ６２……配管 ６３……流量制御器 ７……排気ポンプ １０……ワーク １１……処理面 １１１……有効領域 １１２……無効領域 １２１、１２２……領域 １２……裏面 １３……側面 １００……プラズマ処理装置 １１０……ウェハ（ワーク） １２０……ステージ（第１の電極） １２５……静電チャック １３０……プラズマ発生用電極（第２の電極） １４０……ガス供給機構 １５０……高周波電源 １６０……チャンバー
Claims (8)
- 金属板とその一方の面を覆うカバーとで構成されたワークであって、縁部とその内側の内側部分とを有する板状のワークのうち、前記金属板の他方の面側に対して、プラズマの作用によりプラズマ処理を施すプラズマ処理装置であって、
第１の電極と、
前記ワークを介して、前記第１の電極と対向して設けられた第２の電極と、
前記第２の電極と前記ワークとの間隙にガスを供給するガス供給手段と、
前記間隙に供給されたガスをプラズマ化するように、前記第１の電極を接地し、前記第２の電極に高周波電圧を印加する電源を備えた電源回路とを有し、
前記高周波電圧の周波数は、１ｋＨｚ〜１００ＭＨｚであり、かつ、前記高周波電圧の出力密度は、０．０１〜１０Ｗ／ｃｍ２であり、
前記ワークを挿入可能な凹部を備え、前記他方の面が前記第２の電極側を向くように該凹部に前記ワークを挿入した状態で前記ワークの前記縁部の少なくとも一部を支持するとともに、前記第１の電極から取り外し可能に設置された枠部材と、前記ワークと前記第１の電極との離間距離が１０〜１００ｍｍとなるように、前記枠部材を前記第１の電極から離間させた状態で支持する脚部とを備え、前記第１の電極と導通している支持具を有することを特徴とするプラズマ処理装置。 - 前記枠部材は、前記ワークの前記縁部のうち、前記第１の電極側の部分のほぼ全体を支持する請求項１に記載のプラズマ処理装置。
- 前記枠部材は、金属系材料で構成されている請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
- 前記脚部は、前記枠部材と前記第１の電極との離間距離を調整する機能を有する請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ワークの厚さは、０．０１〜２ｍｍである請求項１ないし４のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記第１の電極が、前記処理領域を包含するように配置されている請求項１ないし５のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 前記ワーク、前記第１の電極および前記第２の電極を収納するチャンバーと、該チャンバー内のガスを排気する排気手段とを有する請求項１ないし６のいずれかに記載のプラズマ処理装置。
- 請求項１ないし７のいずれかに記載のプラズマ処理装置を用いて、前記処理領域にプラズマ処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記支持具を用いて、前記各電極間に前記ワークを支持するとともに、
前記ガス供給手段により、前記第２の電極と前記ワークとの間隙にガスを供給しつつ、前記電源回路により前記各電極間に高周波電圧を印加して前記ガスをプラズマ化し、これにより発生したプラズマによって、前記処理領域にプラズマ処理を施すことを特徴とするプラズマ処理方法。
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