JP7276367B2 - プラズマ装置 - Google Patents
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Description
(1)本発明は、ガスが供給される導入部と、該導入部の下流側に配設され、上流側から順に積層された第1電極、中間絶縁体および第2電極を有する生成部とを備え、該生成部は、該該第1電極、該中間絶縁体および該第2電極を上流側から下流側に貫通する多孔状またはスリット状の連通穴を有し、該連通穴は、該中間絶縁体の内壁面が、該第1電極の内壁面および該第2電極の内壁面よりも外周側に偏位してできる環状の凹部を有し、さらに、該第1電極と該第2電極の外周側に配設されると共に、該外周側における該第1電極と該第2電極の沿面距離を、該連通穴の内周側における該第1電極と該第2電極の沿面距離よりも長くする外装絶縁体を備えるプラズマ装置である。
本発明は、上述した装置により発生されたプラズマを用いた処理(表面改質、成膜、洗浄等)の方法、または、その処理方法により得られた結果物(被処理物)としても把握され得る。
(1)本明細書でいう上流と下流は、導入部または生成部(特に連通穴)において、ガスまたはプラズマが流れる方向に沿う。鉛直方向(実際の配置)とは関係なく、適宜、その流れる方向を上下方向ともいう。例えば、上流側にある面や端等を上面や上端等といい、その反対側である下流側にある面や端等を下面や下端等という。
(1)電極と絶縁体
生成部は、少なくとも上流側から順に、第1電極、中間絶縁体、第2電極が積層されてなる。第1電極と第2電極は、それらの外周側に外装絶縁体を備えるため、他の金属体(例えばチャンバの内壁面)との間で放電を生じ難い。さらに、各電極は、連通穴を除く外表面全体が絶縁体(材)で覆われていてもよい。
連通穴は、単穴、多孔状、スリット状(長穴状)等のいずれでもよい。連通穴が特定方向に沿って配列された多孔状またはスリット状であると、連通穴の下端開口に対してワークが相対移動することにより、被処理面が略線状のプラズマによって均一的に走査される。これにより、被処理面全体の均質的なプラズマ処理を効率的に行うことができる。
凹部は、中間絶縁体の内壁面が各電極の内壁面よりも外周側に偏位してできる環状の窪みである。凹部が形成されることにより、上述したように、各電極とそれらの周辺空間との間(三重点)における電界が緩和され、中間絶縁体の内壁面(沿面)に沿った絶縁破壊(短絡)が抑止される。また、中間絶縁体の内壁面が、放電の集中し易い各電極の内周縁(縦断面の角部)から遠ざかり、プラズマ処理時に汚染され難くもなる。こうして、中間絶縁体の内壁面に沿った電極間の短絡(絶縁破壊)や連通穴内で生じ得る不安定なアーク放電等が抑止される。
連通穴の下流側に載置されるワークを連通穴に対して相対移動させる移動手段を備えとよい。これにより、連通穴の下端開口から噴出するプラズマで、ワークの被処理面を走査させつつ処理できる。連通穴側(生成部側)が移動しても、ワークを載置するステージが移動してもよい。
電源から各電極間に、プラズマ発生に必要な電圧が印加される。電源は、直流電源でも、交流電源でも、パルス電源でもよい。交流電源またはパルス電源は、例えば、周波数を1k~100kHzさらには10k~75kHzとするとよい。
本発明の装置を用いたプラズマ処理は、種々の雰囲気下でなされ得る。例えば、低圧雰囲気中でプラズマ処理されてもよいし、大気圧付近の雰囲気下でプラズマ処理されてもよい。少なくともワーク周辺を準大気圧としてプラズマ処理すると、処理に用いた原料ガスやプラズマ等の外部への漏出や拡散が防止され、好適な作業環境が維持され得る。
導入部には、種々のガスを供給し得る。例えば、不活性ガス(希ガス(Ar、Ne、He等)、N2等)、炭化水素等の原料ガス、それらの混合ガス等である。なお、導入部へ供給するプラズマ源ガスとは別に、プラズマと反応させる原料ガスを、連通穴の下端開口近傍またはワークの表面近傍へ供給してもよい。
本発明のプラズマ装置は、種々のプラズマ処理に用いられる。プラズマ処理は、例えば、電子部品や機械部品に対する表面改質、成膜、洗浄等である。
本発明の一実施例であるプラズマ装置S(単に「装置S」という。)の概要を図1に、その前後方向の断面図を図2に、それぞれ模式的に示した。なお、説明の便宜上、前後方向、左右方向または上下方向は、図中に示した矢印方向とする。本実施例の場合、上下方向は装置S内におけるガスまたはプラズマの流れに沿い、概ね上方側が上流側、下方側が下流側となる。
(1)次のような装置Sを実際に試作した。電極板221、222にはステンレス鋼(SUS304)の圧延板を、絶縁筒211および絶縁板212にはアルミナ(Al2O3)の焼成体を用いた。電極板221の厚みは2mm、電極板222の厚みは1mm、絶縁板212の厚み(t)は1mmとした。絶縁筒211は、厚みを2mm、高さ(L)を25mmとした。絶縁筒211の高さ(L)は、例えば、絶縁板212の厚み(t)の20倍以上(L≧20t)さらには25倍以上(L≧25t)とするとよい。
1 導入部
2 生成部
20 ノズル(連通穴)
211 絶縁筒(外装絶縁体)
212 絶縁板(中間絶縁体)
221 電極板(第1電極)
222 電極板(第2電極)
3 ステージ
Claims (6)
- ガスが供給される導入部と、
該導入部の下流側に配設され、上流側から順に積層された第1電極、中間絶縁体および第2電極を有する生成部とを備え、
該生成部は、該該第1電極、該中間絶縁体および該第2電極を上流側から下流側に貫通する多孔状またはスリット状の連通穴を有し、
該連通穴は、該中間絶縁体の内壁面が、該第1電極の内壁面および該第2電極の内壁面よりも外周側に偏位してできる環状の凹部を有し、
さらに、該第1電極と該第2電極の外周側に配設されると共に、該外周側における該第1電極と該第2電極の沿面距離を、該連通穴の内周側における該第1電極と該第2電極の沿面距離よりも長くする外装絶縁体を備えるプラズマ装置。 - 前記中間絶縁体の外周面と前記外装絶縁体の内周面とは、密接または一体化している請求項1に記載のプラズマ装置。
- 前記凹部は、前記中間絶縁体の内壁面が、前記第1電極の内壁面および/または前記第2電極の内壁面から、少なくとも該中間絶縁体の厚さ以上偏位してなる請求項1または2に記載のプラズマ装置。
- 前記外装絶縁体は、前記第1電極の外周端面と前記第2電極の外周端面を被包している請求項1~3のいずれかに記載のプラズマ装置。
- さらに、前記連通穴の下流側に載置されるワークを該連通穴に対して相対移動させる移動手段を備え、
前記第1電極と前記第2電極の間に電圧を印加したときに該連通穴内で生成したプラズマを該連通穴の下端開口から相対移動する該ワークに向けて噴出し得る請求項1~4のいずれかに記載のプラズマ装置。 - 前記生成部と前記移動手段は、プラズマ処理の雰囲気を調整するチャンバ内に格納されている請求項5に記載のプラズマ装置。
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