JP4733616B2 - 表面処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガラス基板や半導体ウェハ等の被処理物に処理流体を噴き付けることにより、洗浄、表面改質、エッチング、成膜等の表面処理を行なう装置に関する。

例えば、特許文献１には、処理ガスを吹き出すヘッドと、このヘッドの下側に配置されたローラコンベアとを備えた表面処理装置が記載されている。ローラコンベアによって、被処理基板がヘッドの下方を横切るように搬送される。ヘッドの下方には、ローラコンベアの一部を収容する容器が設けられている。これによって、ヘッドから吹き出された処理ガスが、ローラコンベアの下側へ抜けて雰囲気中に拡散するのが防止されている。
特開２００５−４６８３２号公報

上掲特許文献１に記載の容器は、ローラコンベアにほぼ一体に組み込まれるようになっているため、その寸法形状をローラコンベアの仕様に対応させる必要があった。したがって、例えばガスの滞留や流れの状態を制御する場合、容器ひいてはローラコンベアの仕様ごとに、ガスの供給量や吸い込み量等を調節する必要があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、
（Ａ）上端部が１の仮想平面上に位置するローラを有し、被処理物を、上記ローラ上に載せて上記ローラの軸線と直交しかつ上記仮想平面に沿う搬送方向へ搬送するローラコンベアと、
（Ｂ）前記仮想平面の上側に配置され、前記仮想平面に近接する底面と、前記底面に形成された噴出し口を有するヘッド本体を含み、前記噴出し口から処理ガスを下方へ噴出すヘッドと、
（Ｃ）前記ヘッドと対向するようにして前記仮想平面の下側に配置された容器構造と、
を備え、前記容器構造が、
（ａ）前記ローラコンベアの一部を収容する上面開口の箱状をなし、上縁が前記仮想平面に近接して配置された第１容器と、
（ｂ）前記第１容器より小さく、前記軸線方向の両壁及び前記搬送方向の両壁並びに底部を有し、上面が前記噴出し口と対向するように開口された箱状をなして前記第１容器に収容された第２容器と、
を有し、前記第２容器の前記搬送方向の両壁どうしの間隔が、前記ヘッド本体の底面の前記搬送方向の寸法と実質的に同じかそれ以下であり、前記底部が、前記ローラの下端部より下に位置し、前記軸線方向の両壁の上端部及び前記搬送方向の両壁の上端部ひいてはこれら上端部にて画成された開口が、前記軸線より上かつ前記仮想平面すなわち前記ローラの上端部より僅かに下に配置されていることを特徴とする。
この特徴構成によれば、第１容器はローラコンベアに合わせた寸法形状にする一方、第２容器はローラコンベアの仕様に拘わらず一定の寸法形状にすることにより、所望の滞留や流れの状態が得られるようにすることができる。また、二重容器構造になるため、ローラコンベアの下側に回り込んだ処理流体が外部に漏れるのを確実に防止することができる。
第２容器には、前記第１容器に収容された前記ローラコンベアの一部のさらに一部が収容されていてもよい。

前記第１容器には、流体排出ダクトに連なる接続口が設けられていることが好ましい。これによって、第１容器内の流体をダクトから排出できるとともに、第２容器内の流体を、第１容器を経てダクトから排出することができる。
前記第１容器には、前記接続口に僅かに離れて被さる拡散板が設けられていることが好ましい。これによって、第１容器内のダクトへの排出流を拡散板の周方向に拡散させることができる。

前記第１容器の上縁が、前記仮想平面に近接して配置されることによって、雰囲気ガスが容器内に巻き込まれたり、容器内に流れ込んだ処理流体が被処理物と容器の上縁との間から外へ漏れたりするのを防止することができる。
前記第２容器の上縁が、前記仮想平面に近接して配置されることによって、第２容器の上縁と被処理物との間の圧力損失を大きくでき、流体を第２容器内にある程度滞留させるとともに、第１容器へ均一に流出するようにすることができる。

前記第２容器は、支持部材を介して前記第１容器に支持されていてもよい。
前記第２容器は、高さ調節機構を介して前記第１容器に高さ調節可能に支持されていてもよい。
前記第１容器の底部に高さ調節可能な支柱が立設され、この支柱に前記第２容器が支持されていてもよい。これによって、第１容器ひいてはローラコンベアの仕様に関わらず、第２容器を所定の高さに容易に配置することができる。

前記ヘッドには、前記第１容器の上面開口を覆うカバー部が設けられていることが好ましい。これによって、処理流体をヘッドと容器構造との間に確実に閉じ込めることができるとともに、外部の雰囲気がヘッドと容器構造との間に侵入するのを確実に防止することができる。
前記カバー部と前記第１容器の前記搬送方向の端部どうしが、互いに上下に対向するように配置されていることが好ましい。これらカバー部と第１容器の端部どうしの間隔を狭くすることにより、外部の雰囲気が被処理物と共にヘッドと容器構造との間に巻き込まれるのを防止することができる。
前記カバー部の前記搬送方向の端部の近傍に、周囲の流体を吸い込む吸い込み口が形成され、前記カバー部の前記搬送方向の端部と前記第１容器の前記搬送方向の端部との間に、前記被処理物を通す出し入れ口が形成されていることが好ましい。これによって、処理流体を噴出し口からカバー部の端部近くまで流通させた後、吸い込むことができる。また、雰囲気ガスがヘッドと容器構造との間に侵入するのを一層確実に防止することができる。

本発明によれば、第２容器をローラコンベアの仕様に拘わらず一定の寸法形状にすることにより、処理流体や雰囲気ガスの滞留や流れの状態を制御しやすくすることができる。また、二重容器構造になるため、ローラコンベアの下側に回り込んだ処理流体が外部に漏れるのを確実に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、大型のガラス基板Ｗを被処理物とする表面処理装置Ｍを示したものである。表面処理装置Ｍとして、処理ガス（処理流体）を略大気圧のプラズマ放電空間でプラズマ化して、プラズマ空間の外部に配置した被処理物に接触させる所謂リモート式の大気圧プラズマ処理装置が用いられている。処理内容は、例えば洗浄であるが、これに限られず、表面改質、エッチング、成膜等であってもよい。
ここで、略大気圧とは、１．０１３×１０^４〜５０．６６３×１０^４Ｐａの範囲を言い、圧力調整の容易化や装置構成の簡便化を考慮すると、１．３３３×１０^４〜１０．６６４×１０^４Ｐａが好ましく、９．３３１×１０^４〜１０．３９７×１０^４Ｐａがより好ましい。

表面処理装置Ｍは、ローラコンベア１０と、プラズマ処理ヘッド２０と、容器構造３０とを備えている。
周知の通り、ローラコンベア１０は、多数のシャフト１１とローラ１２とを有している。シャフト１１は、それぞれ図１の紙面と直交する前後方向に延びるとともに、互いに左右に並べられている。ローラ１２は、各シャフト１１の延び方向（軸線方向）に間隔を置いて配置されている。後記ヘッド本体２１の左右外側に配置されたローラ１２は、例えば耐腐食性の樹脂で構成され、ヘッド本体２１の真下に配置されたローラ１２は、例えばステンレスで構成されている。

被処理基板Ｗが、ローラ１２の上に水平に載せられ、左右方向（搬送方向）に搬送されるようになっている。この被処理基板Ｗの搬送されるべき面ＰＬが、特許請求の範囲の「１の仮想平面」を構成する。
後記ヘッド本体２１の左右外側に配置されたシャフト１１の長手方向両端のローラ１２には、被処理基板Ｗの縁を案内する段差状のガイド（図示省略）が設けられている。これに対し、後記ヘッド本体２１の真下に配置されたローラ１２には、上記のガイドが設けられていない。

ヘッド２０は、ヘッド本体２１と、この本体２１に収容された一対の電極２２，２２とを有している。これら電極２２，２２のうち一方は、電源１に接続されてホット電極となり、他方は、電気的に接地されてアース電極となっている。これら電極２２，２２の対向面には、固体誘電体２３がそれぞれ設けられている。一対の電極２２，２２の固体誘電体２３，２３どうしの間に略狭い間隙２４が形成されている。電源１からの電圧供給により、電極２２，２２間に電界が印加されて大気圧グロー放電が生成され、間隙２４が大気圧のプラズマ放電空間となるようになっている。

ヘッド本体２１の底面には、金属板（電界遮蔽部材）２５が設けられている。金属板２５は電気的に接地されている。これによって、ホット電極から被処理基板Ｗへアーク等の異常放電が飛ぶのを防止できるようになっている。

金属板２５には、間隙２４の下端部に連なる噴出し口２６が形成されている。噴出し口２６の左右方向の位置は、その真下にローラコンベア１０のシャフト１１が位置されないように設定されている。

ヘッド２０は、図示しない架台に高さ調節可能に支持されている。これにより、噴出し口２６と被処理基板Ｗとの間のギャップ（ワーキングディスタンス）が例えば略０〜１５ｍｍの範囲で調節可能になっている。ワーキングディスタンスは、例えば３．０ｍｍを標準とする。

ヘッド２０には処理ガス源２が接続されている。処理ガス源２には、処理目的に応じた成分を含む処理ガス（処理流体）が蓄えられている。処理ガス源２からの導入ライン２ａが、放電空間２４の上端部に連なっている。これにより、処理ガスが、導入ライン２ａを経て、放電空間２４に導入され、プラズマ化されるようになっている。このプラズマ化された処理ガスが、噴出し口２６から下方へ吹き出されるようになっている。

なお、電極２２、固体誘電体２３、及び金属板２５、ひいては放電空間２４並びに噴出し口２６は、それぞれ前後方向（図１の紙面直交方向）に延びている。ヘッド２０の上側部の導入ライン２ａには、処理ガスを前後方向に均一化する均一化部が設けられている。これによって、処理ガスが放電空間２４の長手方向に均一に導入され、噴出し口２６の長手方向の全体から均一に噴き出されるようになっている。噴出し口２６の長さは、被処理基板Ｗの前後方向の幅寸法に対応する長さであることが好ましい。

ヘッド本体２１には、フード２７が被せられている。フード２７の左右両側部の下側部には、それぞれカバー部２８が設けられている。カバー部２８は、水平な板状をなしてフード２７から外側へ張り出すカバー本体２８ａと、このカバー本体２８ａの外端から垂下された端壁２８ｂとを有している。カバー部２８は、前後方向（図１の紙面直交方向）に延びている。

カバー部２８の左右方向の寸法は、例えば１００ｍｍ以上であり、好ましくは、その外端の壁２８ｂが、後記第１容器３１の左右の側壁３１ａと略同じ左右方向位置に位置するように設定されている。カバー本体２８ａと被処理基板Ｗとの間の距離は、例えば３０〜５０ｍｍになるように設定されている。端壁２８ｂの下端部と被処理基板Ｗとの間隔は、例えば３〜５ｍｍになるように設定されている。
種々の厚さの被処理物Ｗを処理する場合は、壁２８ｂに上下にスライド可能な間隔調節板を設け、被処理物Ｗとの間隔を適宜調節できるようにしてもよい。

カバー部２８の端壁２８ｂの内側部には、吸い込み部２９が設けられている。吸い込み部２９には、下方へ開口された吸い込み口２９ａが形成されている。吸い込み口２９ａは、前後方向（図１の紙面直交方向）に延びている。吸い込み口２９ａは、後記第１容器３１の左右の縁部と略対向する位置に配置されている。吸い込み部２９は、排気路４ａを介して吸引ポンプ等を含む排気手段４に連なっている。

容器構造３０について説明する。
容器構造３０は、ヘッド１０と対向するようにして、基板搬送面ＰＬの下側に配置されている。ヘッド１０と容器構造３０との間に被処理基板Ｗが挿入されるようになっている。
容器構造３０は、第１容器３１と、第２容器３２を含んでいる。第１容器３１は、上面開口の大きな箱状をなし、図１の紙面と直交する前後方向に延びている。詳細な図示は省略するが、第１容器３１は、ローラコンベア２０に連結されて支持されている。第１容器３１の内部にローラコンベア１０の一部のシャフト１１及びローラ１２が収容されている。図示は省略するが、第１容器３１の長手方向（図１の紙面直交方向）の両端の壁には、ローラシャフト１１を通す凹部が形成されている（図２参照）。

第１容器３１の左右方向の幅は、ヘッド２０の左右のカバー部２８，２８の外端部間の幅と略同じになっている。第１容器３１の左右の側壁３１ａの左右方向の位置は、ヘッドカバー部２８の外端壁２８ｂの左右方向位置と略同じになるように配置され、壁３１ａ，２８ａどうしが略面一になっている。これら壁３１ａ，２８ａどうしの間に、被処理基板Ｗを出し入れする狭い出し入れ口５が画成されている。側壁３１ａの上端部と基板搬送面ＰＬとの間の間隔は、例えば３〜５ｍｍになるように設定されている。
通常、第１容器３１は、ローラコンベア１０の仕様に合うように製作されるため、この第１容器３１に合わせてカバー部２８を設計・製作するとよい。

第１容器３１の底部３１ｂの例えば中央部には、ダクト接続口３１ｅが設けられている。この接続口３１ｅに流体排出ダクト６ａが連なっている。ダクト６ａは、吸引ポンプ等を含む排気手段６に連なっている。排気手段６は、上記ヘッド２０の吸い込み口２９ａ用の排気手段４と共通の排気手段を用いることにしてもよい。
ダクト接続口３１ｅは、第１容器３１の底部３１ｂの中央部に１つだけ配置されるのに限られず、互いに離れて複数設けられていてもよい。

ダクト接続口３１ｅの上には、拡散板３４が被せられている。拡散板３４の四隅には、脚部３４ａが設けられている。この脚部３４ａによって拡散板３４が第１容器３１の底部３１ｂひいてはダクト接続口３１ｅから少し上に離れて据え付けられている。拡散板３４とダクト接続口３１ｂとの間の間隔は、例えば２０ｍｍ程度に設定されている、

第２容器３２は、第１容器３１より小さく、第１容器３１の内部に収容されている。第２容器３２は、上面開口の箱状をなし、図１の紙面と直交する前後方向に延びている。第２容器３２はヘッド本体２１の真下に配置されている。第２容器３２は、少なくとも噴出し口２６と対向するように配置されていればよい。図面においては、第２容器３２の左右幅は、ヘッド本体２１の左右幅と略同じか、それより若干大きくなっているが、ヘッド本体２１の左右幅より小さくてもよく、例えば後記のフランジ３２ｆが電極２２の真下に位置するような幅寸法になっていてもよく、或いは、２つのローラシャフト１１，１１の間に挿入可能な幅寸法であってもよい。

第２容器３２の内部には、ヘッド本体２１の真下に位置する１又は複数（図では２つ）のローラシャフト１１が収容されている。この第２容器内部のローラ１２と第２容器３２の底部３２ｂとの間の隙間は、例えば５〜２０ｍｍ程度になるように設定されている。第２容器内部のローラ１２と第２容器３２の左右の側壁３２ａとの間の隙間は、例えば５〜２０ｍｍ程度になるように設定されている。
図２に示すように、第２容器３２の長手方向の両端の壁３２ｃには、上縁から下に延びる凹部３２ｄが形成されている。この凹部３２ｄにローラシャフト１１が通されている。

図１及び図２に示すように、第２容器３２の左右の側壁３２ａの上端部には、左右外側へ水平に突出するフランジ３２ｆが設けられている。フランジ３２ｆは、ローラ１２の上端部より僅かに下に引っ込んだ高さに配置され、基板搬送面ＰＬに近接されている。フランジ３２ｆと基板搬送面ＰＬとの間の間隔は、例えば３〜５ｍｍになるように設定されている。

第２容器３２の支持構造を説明する。
図１に示すように、第１容器３１の底部３１ｂには、複数の支柱３３（支持部材）が立設されている。支柱３３の下端部は、第１容器３１の底部３１ｂにネジ（図示せず）等の固定手段にて固定されている。これら支柱の３３の上端部に第２容器３２が支持されている。

支柱３３は、上下に伸縮可能になっている。これによって、第２容器３２が高さ調節可能になっている。ひいては、フランジ３２ｆと被処理基板Ｗとの間のクリアランスが調節可能になっている。支柱３３は、第２容器３２の高さ調節機構を構成している。

上記の表面処理装置を用いて基板Ｗを表面処理する方法を説明する。
処理すべき基板Ｗを、ヘッド２０の例えば左外側のコンベアローラ１２上に配置する。そして、ローラ１２を回転させる。これにより、基板Ｗが、左側の出し入れ口５からヘッド２０と容器構造３０との間に挿入され、ヘッド本体２１の下方に導かれる。基板Ｗの搬送に伴ない、容器３１，３２の上面開口が基板Ｗによって漸次塞がれていく。基板搬送と併行して、処理ガスが放電空間２４に導入されてプラズマ化され、噴出し口２６から下方へ噴き出される。

出し入れ口５は十分に狭くなっているため、外部雰囲気が、基板Ｗと共にヘッド２０と容器構造３０との間に巻き込まれるのを抑えることができる。これによって、処理の均一性及び安定性を確保できる。また、処理ガスによって雰囲気ガスを外部に押しやる必要がないので、処理ガス流量を減らしても、処理効率を十分に確保することができる。さらには、処理ガスが出し入れ口５から外部に漏れるのを確実に防止することができる。

第２容器３２の上面が基板Ｗで塞がれるまでの間は、ヘッド２０から噴き出された処理ガスは、ヘッド本体２１の真下のローラシャフト１１，１１間を通過して、第２容器３２の内部に流れ込む。これによって、処理ガスがコンベア１０の下側から雰囲気中に拡散するのを防止することができる。また、第１、第２容器３１，３２の上面開口は、カバー部２８を含むヘッド２０にて覆われているので、処理ガスが上方の雰囲気中へ拡散するのも防止することができる。第２容器３２から溢れた処理ガスは、第１容器３１と第２容器３２との間に流れ込む。これによって、処理ガスが雰囲気中に拡散するのを一層確実に防止することができる。第１容器３１と第２容器３２との間に流れ込んだガスは、第１容器３１の底部へ導かれ、ダクト接続口３１ｅからダクト６ａに吸込まれ、排気手段６から排出される。このとき、拡散板３４によって、吸気の流れを拡散板３４の周方向の全周に分散させることができる。このようにして、容器構造３０内の流通状態を容易に制御することができる。

基板Ｗが噴出し口２６の真下を通過することにより、処理ガスが基板Ｗの表面に接触する。これにより、基板Ｗの表面処理がなされる。処理ガスは、噴出し口２６から左右に分かれ、ヘッド２０と基板Ｗとの間の通路内を左右外側へ向けて流れる。そして、吸い込み口２９ａから吸込まれ、排気路４ａを経て排出される。
外部の雰囲気ガスもこの吸い込む口２９ａから吸込まれる。したがって、雰囲気ガスがヘッド１の内側方向へ侵入するのを確実に防止することができる。
基板Ｗが第２容器３２の上面開口を塞いだ状態では、基板Ｗと容器３２のフランジ３２ｆの間隙が極めて狭くなっているので、そこで圧力損失が生じるようにすることができ、第２容器３２内のガスを容器３２内にある程度滞留させつつ、第１容器３１と第２容器３２の間へ均一に排出されるようにすることができる。

上記の第１容器３１は、ローラコンベア２０に連結固定されるものであり、通常、ローラコンベア２０の仕様に合わせて、コンベアメーカーが製作する。これに対し、第２容器３２は、ローラコンベア２０の仕様に縛られることなく、所望のガス滞留やガス流れの状態が得られるように設計、製作することができる。
伸縮可能な支柱３３によって第２容器３２を高さ調節できるので、第１容器３１の底部３１ｂの深さに拘わらず、第２容器３２を所定高さに容易に位置させ、フランジ３２ｆと被処理基板Ｗとの間隙を狭い一定の大きさに設定することができる。これによって、ガスの滞留及び流れの状態の制御を一層容易化することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の改変をなすことができる。
例えば、第２容器３２は、支柱３３によって下から支持されるのに限られず、端壁３２ｃ又は側壁３２ａがブラケット等を介して第１容器３１に連結されて支持されていてもよい。上記ブラケットの取り付け高さ等を調節することにより、第２容器３２の高さを調節可能にしてもよい。
流体排出ダクト６ａが、第１容器３１に代えて又は第１容器３１に加えて、第２容器３２に接続されていてもよい。
拡散板３４を省略してもよい。
処理流体は、流動体であればよく、気体に限られず、例えば霧状（ミスト）にした液体や粒子状の固体であってもよく、これらの混合流体であってもよい。
本発明は、プラズマ処理に限られず、オゾンやフッ酸ベーパー（フッ酸の蒸気またはミスト）によるエッチングやアッシング、シリコン含有原料の蒸気またはミストによる熱ＣＶＤ等にも適用できる。
本発明は、エッチング、アッシング、成膜、洗浄、表面改質等の種々の表面処理に適用可能である。

本発明は、例えば半導体装置や、液晶テレビもしくはプラズマテレビのフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）等の製造工程における基材の洗浄などの表面処理に適用可能である。

本発明の第１実施形態に係る表面処理装置を示す概略構成図である。 上記表面処理装置の第２容器の斜視図である。

符号の説明

Ｍ 表面処理装置
Ｗ 基板（被処理物）
ＰＬ 基板搬送面（１の仮想平面）
６ａ 流体排出ダクト
１０ ローラコンベア
１１ ローラシャフト
１２ ローラ
２０ ヘッド
２６ 噴出し口
２７ フード
２８ カバー部
２８ｂ 端壁
２９ａ 吸い込み口
３０ 容器構造
３１ 第１容器
３１ａ 側壁
３１ｅ ダクト接続口
３２ 第２容器
３３ 支柱（高さ調節機構、支持部材）
３４ 拡散板

Claims (8)

1. （Ａ）上端部が１の仮想平面上に位置するローラを有し、被処理物を、上記ローラ上に載せて上記ローラの軸線と直交しかつ上記仮想平面に沿う搬送方向へ搬送するローラコンベアと、
   （Ｂ）前記仮想平面の上側に配置され、前記仮想平面に近接する底面と、前記底面に形成された噴出し口を有するヘッド本体を含み、前記噴出し口から処理ガスを下方へ噴出すヘッドと、
   （Ｃ）前記ヘッドと対向するようにして前記仮想平面の下側に配置された容器構造と、
   を備え、前記容器構造が、
   （ａ）前記ローラコンベアの一部を収容する上面開口の箱状をなし、上縁が前記仮想平面に近接して配置された第１容器と、
   （ｂ）前記第１容器より小さく、前記軸線方向の両壁及び前記搬送方向の両壁並びに底部を有し、上面が前記噴出し口と対向するように開口された箱状をなして前記第１容器に収容された第２容器と、
   を有し、前記第２容器の前記搬送方向の両壁どうしの間隔が、前記ヘッド本体の底面の前記搬送方向の寸法と実質的に同じかそれ以下であり、前記底部が、前記ローラの下端部より下に位置し、前記軸線方向の両壁の上端部及び前記搬送方向の両壁の上端部ひいてはこれら上端部にて画成された開口が、前記軸線より上かつ前記仮想平面すなわち前記ローラの上端部より僅かに下に配置されていることを特徴とする表面処理装置。
2. 前記第２容器が、高さ調節機構を介して前記第１容器に高さ調節可能に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
3. 前記第１容器の底部に高さ調節可能な支柱が立設され、この支柱に前記第２容器が支持されていることを特徴とする請求項１に記載の表面処理装置。
4. 前記第１容器には、流体排出ダクトに連なる接続口が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の表面処理装置。
5. 前記第１容器には、前記接続口に僅かに離れて被さる拡散板が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の表面処理装置。
6. 前記ヘッドには、前記第１容器の上面開口を覆うカバー部が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の表面処理装置。
7. 前記カバー部と前記第１容器の前記搬送方向の端部どうしが、互いに上下に対向するように配置されていることを特徴とする請求項６の何れかに記載の表面処理装置。
8. 前記カバー部の前記搬送方向の端部の近傍に、周囲の流体を吸い込む吸い込み口が形成され、前記カバー部の前記搬送方向の端部と前記第１容器の前記搬送方向の端部との間に、前記被処理物を通す出し入れ口が形成されていることを特徴とする請求項７の何れかに記載の表面処理装置。

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