JP7122601B2 - プラズマ処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラズマ照射することにより処理対象物のクリーニングやエッチングを行うプラズマ処理装置に関する。

プラズマ処理装置は、一般に、天井部および天井部の周囲から延出する側壁を有する蓋と、電極体および電極体を支持する基体を有するベース部と、を備える。プラズマ処理の対象物（処理対象物）を電極体に対向するように配置した後、側壁の端面と基体の周縁とを密着させることにより、密閉空間が形成される。形成された密閉空間内を減圧して、プロセスガスを供給するとともに、電極体に高周波電力を印加することにより、密閉空間にプラズマが発生する。これにより、電極体に対向するように配置された処理対象物はプラズマ処理される。

特許文献１には、処理対象物をガイドする複数のガイド部材を用いることが教示されている。処理対象物は、プラズマ処理装置の外部に配置された外部レールにより搬送された後、電極体上を横断するガイド部材に受け渡される。

特開２０１５－１２０４５号公報

処理対象物は、ガイド部材によって、ガイド部材の延在方向に交わる方向の移動が規制される。一方、処理対象物は、ガイド部材の延在方向に沿って、電極体の端部、さらには電極体からはみ出した位置にまで移動する場合がある。この場合、処理対象物の端部近傍では、プラズマ処理が不十分になり易い。

本発明の一局面は、第１方向に搬送されてきた処理対象物を電極体上に載置して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、前記電極体を備えるベース部と、前記ベース部に対して昇降可能に配置され、下降時に前記ベース部に当接して、密閉空間を形成する蓋部材と、前記第１方向に延在し、前記処理対象物の前記第１方向に交わる第２方向における前記電極体上での位置を決める一対のガイド部材と、規制部材と、を備え、前記規制部材は、前記密閉空間が形成されているとき、前記処理対象物の前記第２方向に沿った端面に対向するように配置されるとともに、前記処理対象物の全体が前記電極体に載置されるように、前記処理対象物の前記第１方向における前記電極体上での移動を規制する、プラズマ処理装置に関する。

本発明によれば、プラズマ処理装置内における処理対象物の移動が規制されるため、均一なプラズマ処理が可能となる。

本発明の実施形態に係るプラズマ処理装置の外観を模式的に示す斜視図である。 同プラズマ処理装置のベース部を模式的に示す斜視図である。 同プラズマ処理装置のベース部を模式的に示す上面図である。 チャンバを開放した状態の同プラズマ処理装置を、図１のＡ－Ａ線で切断した断面図である。 チャンバを閉じた状態の同プラズマ処理装置を、図１のＡ－Ａ線で切断した断面図である。 天板に取り付けられた規制部材を模式的に示す斜視図である。 図６に示す規制部材を拡大して示す断面図である。

本実施形態に係るプラズマ処理装置は、天井部および天井部の周囲から延出する側壁を有する箱型の蓋部材と、電極体を有するベース部と、を備える。蓋部材を下降させて、側壁の端面とベース部の周縁とを密着させることにより、密閉空間（以下、チャンバと称す）が形成される。チャンバ内を減圧し、プロセスガスを供給するとともに、電極体に高周波電力を印加する。これにより、チャンバ内部にプラズマが発生し、電極体に載置された処理対象物がプラズマ処理される。

プラズマ処理装置は、少なくとも一対のガイド部材を備える。ガイド部材は、第１方向に延在しており、処理対象物の第１方向に交わる第２方向における電極体上での位置を決める。ガイド部材は、処理対象物を電極体上の所定の位置に搬送する搬送レールとしても機能する。処理対象物は、例えば、プラズマ処理装置の外部に配置された外部レールにより、第１方向に沿って搬送された後、ガイド部材に受け渡されて、電極体上の所定の位置にまで第１方向に搬送される。

プラズマ処理装置は、さらに規制部材を備える。
規制部材は、チャンバ内における処理対象物の第１方向への移動を規制する。処理対象物の第２方向への移動は、ガイド部材によって規制される。

蓋部材が上昇位置にあるとき、処理対象物は電極体上に載置されている。ところが、蓋部材が下降し密閉空間が形成された後、チャンバ内において処理対象物が動いて、一部が電極体からはみ出す場合がある。電極体の周囲は、下降した蓋部材と密着するための部材（基体）に囲まれている。電極体と基体との間には、通常、わずかな隙間がある。そのため、処理対象物がチャンバ内で第１方向に移動して、その一部が電極体と基体との隙間の上に配置されると、隙間の近傍で異常放電が発生することがある。また、電極体には高周波電圧が印加される一方、基体は接地されている。そのため、処理対象物が電極体と基体との間を跨ぐように配置された状態でプラズマ処理が行われると、処理対象物によって内部短絡が発生することがある。異常放電あるいは内部短絡が生じると、処理対象物が焦げ付くことがある。

本実施形態によれば、チャンバ内において、処理対象物の第１方向および第２方向の移動がともに規制されるため、処理対象物の全体が電極体に載置された状態でプラズマ処理が行われる。よって、処理対象物へのプラズマ処理は均一に行われるとともに、異常放電の発生も抑制される。

好ましい態様では、チャンバ内において、規制部材は、処理対象物の第２方向に沿った端面に対向するように配置される。つまり、規制部材は、処理対象物の処理面に接触しないように配置される。そのため、規制部材による処理対象物の面方向に垂直な方向への負荷はなく、処理対象物の損傷や反り等は抑制され易くなる。さらに、プラズマは、規制部材によって遮られることなく処理対象物の処理面に照射されるため、得られる処理対象物の全体を有効に利用できる。

チャンバ内において、規制部材は電極体に接触してもよい。ただし、この場合、規制部材の電極体との接触部を絶縁性にする。電極体と規制部材との間の内部短絡を抑制するためである。

規制部材は、蓋部材に、ベース部と対向するように取り付けられていることが好ましい。これにより、規制部材は蓋部材とともに昇降される。処理対象物は、プラズマ処理装置の外部から第１方向に搬送された後、ガイド部材に受け渡される。規制部材を蓋部材とともに昇降させることにより、処理対象物をガイド部材に受け渡す際には、規制部材を処理対象物の動線を妨げない位置に配置しておくことができる。さらに、密閉空間を形成する際には、規制部材は蓋部材とともに下降して、処理対象物の移動を規制する役割を果たす。

規制部材がベース部に対向する規制プレートを備え、密閉空間を形成する際に、当該規制プレートをベース部に当接させる場合、規制プレートは、付勢手段を介して蓋部材に取り付けられていることが好ましい。これにより、ベース部の規制プレートが当接する部材（例えば、電極体）の損傷が抑制される。一方、規制部材とベース部との間には隙間が形成されないため、処理対象物の移動は抑制される。

以下、図１～５を参照しながら、本実施形態に係るプラズマ処理装置について、具体的に説明する。図示例において、規制部材は、ベース部に対向する規制プレートと付勢手段とを備え、規制プレートは付勢手段を介して蓋部材に取り付けられているが、これに限定されない。図１は、プラズマ処理装置の外観を模式的に示す斜視図である。図２は、ベース部を模式的に示す斜視図である。図３は、図２の上面図である。図３では、便宜上、規制部材（規制プレート）のベース部との接触領域にハッチングを付している。図４は、チャンバを開放した状態のプラズマ処理装置を、図１のＡ－Ａ線で切断した断面図である。図５は、チャンバを閉じた状態のプラズマ処理装置を、図１のＡ－Ａ線で切断した断面図である。

プラズマ処理装置１００は、ベース部１１０および蓋部材１２０を備える。
蓋部材１２０は、天井部および天井部の周囲から延出する側壁を有する箱型であり、蓋部材１２０の側壁の端面とベース部１１０の基体１１１（図２および図３参照）の周縁とが密着することにより、内部に、例えば箱型のチャンバが形成される。蓋部材１２０は、本体１２１と、本体１２１の電極体１１２と対向する面に配置される天板１２２とを備える（図４参照）。天板１２２は、プラズマ処理により生じるデブリや塵等が本体１２１に付着するのを防ぐために配置されており、取り外し可能である。

ベース部１１０は、蓋部材１２０と対向する面に電極体１１２を備えている。電極体１１２は、基体１１１に支持される。基体１１１は接地されている。電極体１１２は電源部４００（図４参照）と接続している一方、基体１１１とは絶縁している。プロセスガスの存在下で、電源部４００から電極体１１２に高周波電力を印加することにより、チャンバ内にプラズマが発生する。蓋部材１２０は、電極体１１２の対極としての機能を有している。自動整合器４０２は、高周波電源４０１と電極体１１２との間に流れる高周波の進行波と反射波との干渉を防止する作用を有する。

チャンバ内は、チャンバと連通する排気口１１７を介して、減圧雰囲気に維持可能である。排気口１１７は、図示しない真空吸引手段と連通している。真空吸引手段は、真空ポンプ、排気配管、圧力調整バルブなどで構成されている。基体１１１の周縁と蓋部材１２０の側壁の端面との間にはシール部材１１６が設けられ、チャンバ内の密閉性が高められる。なお、図示しないが、プラズマ処理装置１００は、プラズマ原料となるプロセスガスをチャンバ内に導入するためのガス供給手段を具備する。ガス供給手段は、アルゴン、酸素、窒素などのプロセスガスを供給するガスボンベ、チャンバ内にプロセスガスを導入する配管などで構成されている。

処理対象物３００のチャンバ内への搬入時およびチャンバ外への搬出時には、図４に示すように、蓋部材１２０をベース部１１０から離間させて、チャンバが開放される。一方、処理対象物３００をプラズマ処理する際には、図５に示すように、蓋部材１２０の側壁の端面と基体１１１の周縁とを密着させて、チャンバが閉じられる。チャンバの開閉は、蓋部材１２０が昇降することにより行われる。蓋部材１２０の昇降は、図示しない所定の駆動源によって制御される。

電極体１１２は、絶縁部材１１４を介して、基体１１１に支持されている。電極体１１２は、プラズマ処理の際に処理対象物３００に面する上部電極体１１２ａと、絶縁部材１１４を介して基体１１１に面する下部電極体１１２ｂとで構成されている。上部電極体１１２ａおよび下部電極体１１２ｂは、いずれも導電性材料（導体）で形成されている。ただし、上部電極体１１２ａの処理対象物３００が載置される面は、セラミックス（例えば、アルミナ、窒化アルミニウムなど）や石英等の誘電体で覆われてもよい。

チャンバ内で処理対象物３００の第２方向Ｂおける電極体１１２上での位置は、一対のガイド部材１３１によって規制される。図示例では、３枚の処理対象物３００が三対のガイド部材によってそれぞれ規制されているが、これに限定されない。電極体１１２に配置される処理対象物３００の数は１枚以上であればよく、ガイド部材１３１の数は、処理対象物３００の数に応じて適宜設定すればよい。

ガイド部材１３１の形状は特に限定されない。例えば、ガイド部材１３１は、シンプルな棒状であってもよいし、一対のガイド部材１３１の互いに対向する側面のそれぞれには、溝が形成されてもよい。処理対象物３００は、この側面の溝に嵌め込まれて支持される。あるいは、ガイド部材１３１の断面はＬ字型であってもよい。

一対のガイド部材１３１は、ガイド保持体１３２により一体に保持されてもよい。ガイド保持体１３２は枠状であって、電極体１１２を囲むように配置される。ガイド部材１３１は、その長手方向の両端部において、ガイド保持体１３２に固定される。チャンバが閉じられているとき、電極体１１２とガイド保持体１３２とは面一である。

ガイド部材１３１およびガイド保持体１３２は、プラズマ処理中にプラズマに晒されるため、通常、硬度の高い絶縁材料で形成される。絶縁材料としては、例えば、アルミナ、シリカなどの金属酸化物、窒化珪素、窒化アルミニウムなどの金属窒化物、その他の絶縁性セラミックス材料等が挙げられる。

規制部材１４０は、蓋部材１２０に、ベース部１１０に対向するように取り付けられている。そのため、規制部材１４０は蓋部材１２０とともに昇降可能である。規制部材１４０は、例えば天板１２２に取り付けられる。チャンバが閉じられているとき、規制部材１４０は、処理対象物３００の処理面に接触しない位置に配置される。例えば、規制部材１４０は、電極体１１２の第１方向Ａ側の端部に接触するように配置されてもよいし、ガイド保持体１３２に接触するように配置されてもよいし、図３のように、電極体１１２の第１方向Ａ側の端部とガイド保持体１３２とに跨る位置に配置されてもよい。蓋部材１２０には、複数の規制部材１４０が取り付けられる。２つの規制部材１４０を、１つの処理対象物３００を跨ぐように対向させて配置することにより、処理対象物３００の第１方向Ａの移動が効果的に規制される。

処理対象物３００は特に限定されず、絶縁体であってもよいし、導体あるいは半導体を含んでいてもよい。本実施形態によれば、例えば、回路基板のような導体あるいは半導体を含む処理対象物に対しても、焦げ付きを抑制し、均一なプラズマ処理を行うことができる。

以下、規制部材１４０について、図６および図７を参照しながらさらに詳細に説明する。図６は、天板１２２に取り付けられた複数の規制部材１４０を模式的に示す斜視図である。図７は、図６に示す規制部材１４０を拡大して示す断面図である。

複数の規制部材１４０は、天板１２２の第２方向Ｂに延びる２辺に沿って取り付けられる。１つの処理対象物３００に対して、少なくとも対向する２つの規制部材１４０が配置される。チャンバ内で処理対象物３００が第１方向Ａに移動しても、規制部材１４０が処理対象物３００の第２方向Ｂに沿った端面に接触するため、処理対象物３００は電極体１１２からはみ出さない。

規制部材１４０は、ベース部１１０に対向する規制プレート１４１と付勢手段１４２とを備える。付勢手段１４２は例えばコイル状のバネであり、中空の筐体１４３の内部に挿入されている。筐体１４３には中空のピン１４４も挿入されている。ピン１４４によって、規制プレート１４１と筐体１４３とは連結されている。ピン１４４と筐体１４３との間にはベアリング１４６が介在しており、ピン１４４は、筐体１４３の内部で摺動可能である。

ピン１４４の内部には段部が形成されており、段部によって、ピン１４４の規制プレート１４１側の内径が小さくなっている。ピン１４４の規制プレート１４１側の内表面にはネジが切られており、規制プレート１４１とピン１４４とは、ネジ１４７によりネジ止めされる。

筐体１４３の規制プレート１４１とは反対側の端部には鍔１４５が配置されており、鍔１４５によって、筐体１４３の規制プレート１４１とは反対側の内径が小さくなっている。付勢手段１４２は、ピン１４４の段部と鍔１４５とに挟まれるように配置されている。ピン１４４が鍔１４５の方に摺動すると、付勢手段１４２（バネ）が縮んで、規制プレート１４１をベース部１１０に押し付ける方向に付勢力が働く。例えば、蓋部材１２０が下降し、規制プレート１４１がベース部１１０に当接すると、ピン１４４が鍔１４５の方に摺動し、規制プレート１４１はベース部１１０に押し付けられる。

規制部材１４０のうち、少なくとも電極体１１２に接触する部材は絶縁性である。例えば、少なくとも規制プレート１４１およびネジ１４７は絶縁性である。ピン１４４および筐体１４３も絶縁性であることが好ましい。これにより、チャンバ内において、電極体１１２と規制部材１４０とは導通せず、内部短絡の発生が抑制される。絶縁材料としては、例えば、樹脂およびガイド部材１３１の材質として例示した絶縁材料が挙げられる。表面が絶縁加工（例えば、硬質アルマイト処理加工）されたアルミニウム、ステンレス鋼等の金属材料を用いてもよい。

以下、プラズマ処理装置１００を用いて、処理対象物３００を洗浄する方法について説明する。
まず、チャンバが開放された状態で、処理対象物３００が図示しない外部レールからガイド部材１３１に受け渡される。処理対象物３００は、ガイド部材１３１に支持されながら、電極体１１２と対向する位置まで搬送される。

次に、蓋部材１２０を下降させてチャンバを閉じる。このとき、蓋部材１２０とともに規制部材１４０が下降し、ベース部１１０上の所定の位置に配置される。

次に、密閉状態のチャンバ内の空気を吸引手段を用いて排気する。チャンバ内が所定の減圧状態に至った時点で、例えばベース部１１０の内部に装着されたガス供給手段からチャンバ内にアルゴンなどのプロセスガスが導入される。

チャンバ内が所定の圧力に達した時点で、電源部４００により、電極体１１２と蓋部材１２０との間に高周波電力が印加される。これにより、チャンバ内のプロセスガスがプラズマ化される。その結果、処理対象物３００の表面は、プラズマに暴露され、処理対象物３００の表面が洗浄される。

プラズマによる処理対象物３００の洗浄が終了すると、チャンバ内が大気に開放され、減圧状態が解除される。次に、蓋部材１２０を上昇させると、規制部材１４０も上昇する。これにより、処理対象物３００の搬出が可能となる。

なお、上記実施形態では、プラズマ処理装置１００を用いて処理対象物３００を洗浄する場合を説明したが、処理対象物３００に対してエッチング加工を行う場合にも、上記方法に準じてエッチングを行うことができる。

本発明に係るプラズマ処理装置によれば、均一なプラズマ処理が行われるため、様々な対象物のプラズマ処理に用いられる。

１００：プラズマ処理装置
１１０：ベース部
１１１：基体
１１２：電極体
１１２ａ：上部電極体
１１２ｂ：下部電極体
１１４：絶縁部材
１１６：シール部材
１１７：排気口
１２０：蓋部材
１２１：本体
１２２：天板
１３１：ガイド部材
１３２：ガイド保持体
１４０：規制部材
１４１：規制プレート
１４２：付勢手段
１４３：筐体
１４４：ピン
１４５：鍔
１４６：ベアリング
１４７：ネジ
３００：処理対象物
４００：電源部
４０１：高周波電源
４０２：自動整合器

Claims (4)

1. 第１方向に搬送されてきた処理対象物を電極体上に載置して、プラズマ処理を行うプラズマ処理装置であって、
   前記電極体を備えるベース部と、
   前記ベース部に対して昇降可能に配置され、下降時に前記ベース部に当接して、密閉空間を形成する蓋部材と、
   前記第１方向に延在し、前記処理対象物の前記第１方向に交わる第２方向における前記電極体上での位置を決める一対のガイド部材と、
   規制部材と、を備え、
   前記規制部材は、前記密閉空間が形成されているとき、前記処理対象物の前記第２方向に沿った端面に対向するように配置されるとともに、前記処理対象物の全体が前記電極体に載置されるように、前記処理対象物の前記第１方向における前記電極体上での移動を規制する、プラズマ処理装置。
2. 前記密閉空間が形成されているとき、前記規制部材は前記電極体に接触しており、
   前記規制部材の前記電極体との接触部は絶縁性である、請求項１に記載のプラズマ処理装置。
3. 前記規制部材は、前記蓋部材に、前記ベース部に対向するように取り付けられており、前記蓋部材とともに昇降される、請求項１または２に記載のプラズマ処理装置。
4. 前記規制部材は、前記ベース部に対向する規制プレートおよび付勢手段を備え、
   前記規制プレートは、前記付勢手段を介して前記蓋部材に取り付けられている、請求項３に記載のプラズマ処理装置。

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